View
235
Download
4
Category
Preview:
Citation preview
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
1/45
ExtractionLiquid-Liquid
Dwini Normayulisa(1206238482)
Vifki Leondo(1206238665)
Kasandika Ganiarsa(1206250304)
Haqqyana(1206262090)
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
2/45
Outline
Definisi
Prinsip
Mekanisme
PenentuanJumlah Stage
Peralatan
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
3/45
pemisahan fase cair dengan
memanfaatkan perbedaankelarutan zat antara larutan asal dan pelarut
pengekstrak
Definisi
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
4/45
Sulit dilakukan pada cairan yang tidak bercampur, karena kontak keduanya tidak ada.
Prinsip Solute bergerak dari satu fase
liquid ke fase lain.Kedua fase liquid harus dapatbercampur atau sebagian
tercampur.
isotermalisobariktemperatur rendah
single stagemultistage
Pelarut didaurulang dengandistilasi
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
5/45
komposisi analitis larutan jenuh yang dinyatakan
sebagai proporsi zatterlarut dalam pelarut
dipengaruhioleh
temperatur dan tekanan
dinyatakan dalamsatuan konsentrasi ,fraksi mol ,perbandingan mol ,atau unit lain
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
6/45
Umumnya, solute akan lebih mudah terlarut pada solvent yang memiliki struktur kimia miripdengannya.
Dalam kelarutan, kemampuan melarutkan solvent
bergantung pada polaritasnya.
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
7/45
F = C P + 2
jumlah derajat kebebasan
jumlah komponen
jumlah fasa
Hukum Fasa Gibbs jumlah terkecil variabel bebasyang diperlukan untukmenyatakan keadaan suatu
sistem.
menyatakan
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
8/45
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
9/45
Partition law
Hubungan konsentrasi zat terlarut pada kedua fasepada temperatur konstan adalah konstan dan tidak
terpengaruh konsenstrasi dari zat terlarut
of Shilov
D = CAorg/CAaqu
Nernst-
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
10/45Distribusi
Konstanta
Konstanta distribusi menunjukanperbandingan kelarutan solut pada
kedua pelarut
= fraksi massa solut pada fase E
fraksi massa solut pada fase R
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
11/45
Reproksivitas
Selektivitas
Koefisien Distribusi
TeganganPermukaan
Ketidaklarutan
Recoverability
Kerapatan
Reaktivitas Kimia
Fluida superkritis -> bahan yang memiliki sifat gas (mudah masuk ke dalamsenyawa) dan cair (mudah melarutkan bahan)
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
12/45
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
13/45
MEKANISME EKSTRAKSI
Feed dimasukkan kedalam ekstraktor
Solven ditambahkan
Terbentuk 2 faseberdasarkanperbedaandensitasnya
Mengandung2 komponen
Mengandungsolut yang
akandiekstrak
Solven harus dapatmelarutkan solut
yang terdapat padacampuran
Pemilihan solvensehingga solut
memiliki afinitasyang lebih besarterhadap solven
yang ditambahkan
Ekstrak,mengandung solut +
solven tambahan
Raffinat,mengandung
sebagian kecil solut
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
14/45
SINGLE STAGE
EXTRACTOR
Dapat dioperasikan
kontinyumaupun batch
Ekstraksi dilakukan dengan hanya
sekali kontak antara feeddengan solven
Total Material Balance
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
15/45
Total Material Balance
MULTI STAGEEXTRACTOR
- CROSS CURRENT
Kombinasi daribeberapa single stage
Raffinat dari tiap stage diekstrakkembali dengan solven murni
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
16/45
Single Stage Extraction
Input:Feed : Senyawa Adan BSolvent : SenyawaC
Senyawa larutdalam senyawa C
OutputEkstrak :senyawa Blarut dalam CRafinat :Senyawa A
dan sisasenyawa B
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
17/45
Single Stage Extraction
Neraca massa pada pada single stage extraction :(Notasi mengikuti Buku Separation Process Principles )
XB S) S + XB F) FA = XB E) S + XB R)FADengan asumsi menggunakan solvent murni (tidak ada kandungan senyawa Bdalam solvent X B(S)=0), maka :
Ket :FA: Laju feed (membawa senyawa A) yang masuk = Laju rafinat yang keluarS : Laju solvent C yang masuk = Laju ekstrak keluarXB : fraksi massa / mol senyawa B pada feed (F), Ekstrak (E), Rafinat (R)
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
18/45
Single Stage Extraction
Distribusi solut B saat kesetimbangan adalah :XB(E) = K XB(R)
K adalah koefisien distribusi atau partisi.
Subtitusi persamaan menghasilkan persamaan fraksi solut B dalam ekstrakdan rafinat sebagai berikut :
XB(E) = ( )
+ XB(R) =
( )
+
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
19/45
Single Stage Extraction
EB adalah faktor ekstraksi dengan rumus
Fraksi yang terekstraksi dapat dihitung menggunakanpersamaan:
E B
( )
( )
+
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
20/45
Single Stage Extraction
Methyl isobutyl ketone (C) is used as a solvent to remove acetic acid(B) from a 13,500 kg/h feed of 8 wt% acid in water (A), because
distillation would require vaporization of large amounts of water. Ifthe raffinate is to contain 1 wt% acetic acid, estimate the kg/h of
solvent for a single equilibrium stage.
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
21/45
Single Stage Extraction
Methyl isobutyl ketone (C) is used as a solvent toremove acetic acid (B) from a 13,500 kg/h feed of 8
wt% acid in water (A), because distillation wouldrequire vaporization of large amounts of water. If the
raffinate is to contain 1 wt% acetic acid, estimate thekg/h of solvent for a single equilibrium stage.
Solventyangdibutuhkan
(S = ?)
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
22/45
Single Stage Extraction
XB(R) = ( )
+
0,01 = 0,081+
1 + EB = 8EB = 7
EB =
7 = 0,657 13500
S = 143.835, 6164S . kg/h
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
23/45
Continuous Multistage
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
24/45
Komposisi pada gambar menunjukkan fraksi berat dari solute yang
akan diekstrak dari feed. Keseluruhan neraca material untuk stageadalah:
1 + = + = Dimana adalah adalah laju alir total untuk stage n. Pada notasidi atas, feed untuk stage pertama dinotasikan sebagai
.Neraca material untuk solute adalah:
1 1 + = + = ,
Pada pelarut free-basis persamaan di atas menjadi:
1 1 = + = ,
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
25/45
Hubungan untuk proses dua stagecross current dilihat secara grafispada gambar. Untuk kasus ekstrasi
pelarut yang mengandung spesi Adan B.
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
26/45
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
27/45
menghitung jumlah stageMenentukan titik L 0, kemudian
gambar garis L0-
V1 terletak pada phase boundary
Gambar tie line dari V 1 hinggadidapat V 2
Gambar L 1- hinggaberpotongan dengan phase
boundary didapatkan nilai V 2
Gambar tie line di V 2 hinggadidapatkan L 2
Langkah diatas diulang hinggamencapai L N dihentikan. Hitung
stage yang tergambar
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
28/45
N = 3
(X 0,Y1)
(X N,YN+1)
1
2
3
X 0
Fraksi massa diekstrak
Fraksi massa dirafinat
Didapat darineraca massa
+1 = ( - )/ +1
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
29/45
jika equilibrium line lurus dan larutandilute , maka dapat digunakan
persamaan Kremser , yaitu:
N =
ln 1 mE R
y N + 1 y 0y 1 y 0
+ mE R
ln R mE ( )
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
30/45
Multistage CrosscurrentExtraction
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
31/45
Diagram Ekstraktor
Mass Balance Stage I
Komposisi solut Stage I
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
32/45
Jumlah ekstrak stage I
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
33/45
Jumlah rafinate stage I
Mass Balance Stage I
Komposisi solut padastage II
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
34/45
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
35/45
Peralatan
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
36/45
Setiap unit mixer-settler menyediakan singlestage ekstraksi. Pada mixing stage terjadi kontakantara solvent dan solute yang mengandung zatyang ingin dipisahkan. Proses mixingmenggunakan impeller.
Selanjutnya padasettling stage, duakomponen liquidkeluar dalam dua fasa.Yang lebih beratkeluar pada bagian
bawah dan yang lebihringan keluar di bagianatas yang diaturberdasarkan tanggulpemisah (weir). (Sumber : ROBATEL, Inc., Pittsfield, MA)
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
37/45
Proses pemisahan lebih efektif untuk multistagemixer-settler. Aliran dari satu tahap ke tahapberikutnya terjadi karena gravitasi ataumenggunakan pompa.
Kelebihan Kekurangan
Scale-up yang mudah Butuh area yang luas
Dapat digunakan untuk laju alir yangtinggi
Perlu jumlah solvent yang banyak(konservasi solven yang buruk)
Ideal untuk perpindahan massa yangberlangsung lambat
Kurang ekonomis kecuali jumlahstagenya sedikit
Dapat digunakan pada alirancountercurrent , cocurrent dan cross flow. Tapi pada cross flow , penggunaansolvent kurang efektif.
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
38/45
Aliran cairan yang berat dan ringanmengalir berlawanan arah. Fasa beratmasuk dekat pusat ekstraktor, dan fase
ringan di bagian tepi.Gaya sentrifugal menyebabkankomponen berat untukmengalir ke luar, menyebabkankontak, perpindahan massa,dan pemisahan. Pembentukandroplet terjadi dalam badanekstraktor melalui silinderberpori sehingga meningkatkanpemisahan.
Komponen berat keluardari periferal tube (bagianluar), sedangkankomponen ringan keluarmelalui inner tube.
(Sumber : ROBATEL, Inc., Pittsfield, MA)
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
39/45
Kelebihan Kekurangan
Tidak butuh area yangluas
Mahal
Cock untuk prosesdengan short residencetime (degradasi solven)
Maintenanance yang sulit
Dapat memisahkancampuran denganperbedaan densitas yangkecil
Stage yang sedikit
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
40/45
Kolom
Ekstraksi
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
41/45
Perpindahan massa ditentukan olehinternal kolom.Fasa terdispersi terbentuk melaluinosel pada bagian atas ataupunbawah kolom.Perpindahan massa melalui counterflow vertikal.
Spray column
Tray column
Packed column
(Sumber : ROBATEL, Inc., Pittsfield, MA)
Non-AgitatedColumn
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
42/45
Pada sieve stray terjadi koalesensi (pencampuran)fasa terdispersi pada setiap tray. Tray dan internalkolom dilapisi dengan fasa kontinyu agar tidak
terjadi koalesensi pada permukaan.Untuk packed column sama dengan pada jenisseparasi lainnya.
Kelebihan Kekurangan
Spray column lebih murah Spray column sangat tidak efisien
Tingkat keberhasilan scale up Sieve traycolumn lebih tinggi
Sieve tray dapat mengalamipenyumbatan
Packed column sangat efisien untuk jumlah stage yang sedikit
Packed column sulit untuk scale updengan akurat
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
43/45
Turbin impeller berputar di antara setbaffle, menciptakan beberapa zonapencampuran sepanjang kolom. Padasetiap zona mixing terdapat stator yangmembatasi mixing dan settling untuksetiap bafel.
AgitatedColumn
(Sumber : Schulz+PartnerGmbH, Teningen)
berisi beberapa jenisperangkat mekanik untukmengagitasi cairan saatmelewati kolom.
Mekanisme rotating dan reciprocatingdigunakan untuk menciptakan dan menjagadispersi seluruh kolom.
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
44/45
PulsatedColumn
Prinsip: memasukkan udarabertekanan pada pulse leg sehinggamendorong cairan pada kolom dankemudian udara tersebut dilepaskansehingga cairan masuk ke pulse leg(naik-turun).Pada kolom terdapat plat berongga untukmembentuk droplet. Pulsing bertujuan untukmemperkecil ukuran droplet sehingga
meningkatkan perpindahan massa.
(Sumber : Schulz+Partner GmbH, Teningen)
7/24/2019 Liquid-Liquid Extraction_Kelompok 2 Separasi
45/45
Cusack, Roger W., and Andrew Karr "A Fresh Look at Liquid-LiquidExtraction: Part Three: Extractor Design and Specification. Chemical Engineering April 1991
Humphrey, Jimmy L., and George E. Keller II. 1997. Separation ProcessTechnology . New York: McGraw-Hill
Mc Cabe, W.L. 1978. Unit Operation of Chemical Engineering. 3rd Edition.McGraw-Hill Book Co: New York
http://encyclopedia.che.engin.umich.edu/Pages/SeparationsChemical/Extractors/Extractors.html
Recommended