TUGAS BESAR: SATUAN OPERASI DAN PROSES

“KRISTALISASI”

Dosen Pengampu:

Arie Febrianto Mulyadi, STP, MP.

Kelas F

Prillanda Irenne Putri (125100301111045)

Gita Syarifah Ali (125100301111075)

Qanitatul Afifah (125100301111079)

Miftahul Jannah (125100301111083)

Hasna Laila Karimah (125100301111099)

JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2014

RESUME JURNAL KRISTALISASI

Kristalisasi adalah peristiwa pembentukan partikel zat padat dalam dalam

suatu fase homogeni. Kristalisasi dari larutan dapat terjadi jika padatan terlarut

dalam keadaan berlebih (di luar kesetimbangan, maka sistem akan mencapai

kesetimbangan dengan cara mengkristalkan padatan terlarut.

Kehadiran fosfat dalam air menimbulkan permasalahan terhadap kualitas

air, misalnya terjadinya eutrofikasi. Keuntungan pengolahan permasalahan

kualitas air dengan kristalisasi adalah dihasilkannya kristal fosfat yang hampir

murni dan berkadar air rendah. Pada penelitian ini, proses kristalisasi

dilangsungkan dalam reaktor terfluidisasi dengan media pasir silika dan

menggunakan reaktan Ca. Faktor yang dikaji dalam penelitian ini adalah mencari

nilai pH dan perbandingan molar Ca : PO4 yang menghasilkan penyisihan fosfat

terbesar.

Proses kristalisasi untuk penyisihan fosfat

Proses ini dilakukan dalam reaktor terfluidisasi dengan media pasir silika.

Reaktor terbuat dari tabung kaca berdiameter 50 mm. Influen limbah dan influen

reaktan berada di bagian bawah reaktor, sementara efluen berada di bagian atas.

Langkah-langkah percobaan yang dilakukan yaitu :

1. Limbah buatan dan larutan reaktan ditempatkan pada masing-masing

bak penampung dan pengatur tekanan yang mempunyai elevasi sama.

2. Secara bersamaan air dialirkan menuju influen reaktor yang terletak di

bagian bawah.

3. Selanjutnya air mengalir ke atas (upflow) yang menyebabkan terjadinya

media pasir silika terfluidisasi.

4. Karena pertumbuhan kristal membesar, maka air akan menuju ke efluen

yang berada di bagian atas reaktor.

5. Pemeriksaan kadar fosfat dilakukan pada sampel yang diambil di influen

dan di efluen reaktor dengan rentang waktu tertentu.

Percobaan Pendahuluan

Bertujuan untuk mengetahui rentang nilai pH yang menghasilkan

penyisihan fosfat terbesar. Pada Gambar 2 dapat dilihat kecenderungan nilai pH.

Berdasarkan percobaan pendahuluan dan distribusi senyawa fosfat berdasar nilai

pH, maka ditentukan rentang pH 9 hingga 11, dengan tujuan untuk mendapatkan

pH optimum pembentukan kristal Calcium phosphate. Nilai pH sangat

berpengaruh dalam menentukan efisiensi proses.

Percobaan dengan fluidasi dan tanpa fluidasi media pasir silika

Hal ini untuk melihat pengaruh fluidisasi terhadap penyisihan fosfat dengan

proses kristalisasi. Pada gambar 4 didapatkan hasil bahwa penyisihan fosfat

dengan media yang terfluidisasi lebih besar dibandingkan dengan tanpa fluidisasi.

Pada Gambar 5 terlihat bahwa untuk nilai pH 10 dan 11, mempunyai

penyisihan fosfat yang cenderung tinggi, pada rentang 65 hingga 80%. Dengan

membandingkan nilai rata-rata (mean) ketiga pH, diperoleh bahwa pH 10

mempunyai persentase penyisihan fosfat paling tinggi sebesar 76,5%. Kondisi pH

dianggap sangat berpengaruh terhadap penyisihan fosfat dan proses pembentukan

kristal.

Sehingga, disimpulkan bahwa nilai pH yang memberikan hasil penyisihan

maksimum untuk operasi adalah 10, sesuai dengan plot kesetimbangan larutan

untuk Calcium phosphate.

Uji korelasi

Hubungan antara pH 10 dengan penyisihan fosfat diperoleh sangat

signifikan (0,76) berarti nilai penyisihan fosfat berbanding lurus dengan waktu

sampel. Sementara untuk pH 9 dan pH 11, kurang signifikan (0,4), berarti nilai

penyisihan fosfat cenderung stabil.

Untuk mengetahui nilai perbandingan molar paling optimum, diperoleh

dengan membandingkan nilai rata-rata (mean) ketiga variasi. Nilai rata-rata pada

perbandingan molar 19/5 paling tinggi (72,11%). Nilai korelasinya yang kurang

signifikan, menunjukkan bahwa sejak menit awal reaksi pun, penyisihan fosfat

pada perbandingan molar 19/5, sudah besar dan cenderung tetap (dilihat dari

gambar 5). Perbandingan molar 19/5, yang merupakan variasi perbandingan

terbesar dibandingan dua variasi lainnya membuktikan bahwa kondisi kejenuhan

larutan mempengaruhi proses pembentukan kristal. Makin tinggi derajat lewat

jenuh, makin besarlah kemungkinan untuk membentuk inti baru, jadi makin

besarlah laju pembentukan inti. Dari hasil percobaan yang dilakukan, dapat

dibuktikan bahwa semakin jenuh larutan (semakin tinggi perbandingan molar),

maka semakin besar penyisihan fosfat.

Proses didasarkan pada pengkristalan dari calcium phosphate dengan

pencampuran dari larutan fosfat (limbah) dengan reaktan (ion calcium) dalam

kondisi pH basa. Kondisi basa tersebut diperlukan untuk menjadikan arah reaksi

bergeser ke kanan pada kesetimbangan kimia, seperti pada persamaan di bawah,

menjadikan terjadinya kondisi supersaturasi seperti pada persamaan 2 berikut ini :

Pada reaktor fluidized bed, larutan fosfat, dan reaktan Ca dialirkan dari

dasar reaktor, sehingga terjadi fluidisasi dan percampuran sempurna. Kondisi

supersaturasi akan mengakibatkan terjadinya reaksi antara fosfat dengan ion Ca

menghasilkan kristal calcium phosphate. Sewaktu reaksi pembentukan kristal

calcium phosphate, juga terjadi kontak dengan seed material yaitu pasir silika (Si

O2). Seed material berfungsi sebagai tempat penumbuhan kristal, dengan

menggunakan seed material, kondisi yang sesuai untuk kristalisasi tak mesti harus

supersaturasi, sehingga kemungkinan terjadinya kristalisasi lebih besar.

Kristalisasi dapat terjadi dengan primary nucleation (pembentukan inti kristal

dengan kondisi supersaturasi murni) atau secondary nucleation (nukleasi dan

penumbuhan kristal terjadi pada seed material dengan kondisi metastable atau di

bawah supersaturasi). Kemudian terjadilah proses pengkristalan pada permukaan

pasir silika (Hirasawa dkk, 1990, dan Battistoni dkk, 2001).

MESIN-MESIN INDUSTRI KRISTALISASI

1. Evaporator Cristallizers

Kristaliser jenis ini mengkombinasikan antara pendinginan dan evaporasi

untuk mencapai kondisi supersaturasi (larutan lewat jenuh).

Pada gambar diatas terlihat bahwa umpan berupa larutan induk terlebih

dahulu dilewatkan melalui sebuah Heat Exchangers untuk dipanaskan. Heat

exchangers tersebut berada didalam evaporator. Didalam evaporator terjadi flash

evaporation yaitu, terjadi pengurangan jumlah atau kandungan pelarut dan terjadi

peningkatan kosentrasi zat terlarut. Dimana pada saat itu juga, keadaan zat terlarut

sudah lewat jenuh atau supersaturasi. Larutan yang sudah berada pada keadaan

lewat jenuh tersebut dialirkan menuju badan crystallizer untuk diperoleh padatan

berupa kristal. Dimana pada badan crystallizer terdapat mekanisme kristalisasi

yaitu nukleasi dan pertumbuhan kristal. Produk kristal dapat diambil sebagai hasil

pada bagian bawah crystallizer, namun tidak semua proses berjalan sempurna atau

dengan kata lain tidak semua cairan induk berubah menjadi padatan kristal.

Karena itu ada proses pengembalian kembali hasil pipa sirkulasi (circulating pipe)

atau proses recycle hasil kristaliasi. Terlihat bahwa umpan dan campuran umpan

dengan hasil yang masih belum padatan, dialirkan dengan paksa atau forced

circulation, serta adanya Heat Exchangers dapat membuat kenaikan titik didih

yang sempurna. Kenaikan titik didih pada Heat Exchangers pada Evaporator

untuk dapat membuat larutan menjadi lewat jenuh berkisar antara 3 – 100F untuk

sekali lewat. Bila kenaikan titid didih yang diharapkan untuk mendapatkan kristal

yang baik tidak sesuai, maka dapat digunakan beberapa evaporator untuk

menaikan titik didih, dimana kosentrasi zat terlarut akan meningkat juga. Karena

mengalir secara paksa menggunakan pompa, maka kecepatan aliran cukup tinggi,

sehingga akan mengakibatkan ketinggian permukaan larutan pada crystallizer

tidak tetap atau naik turun. Umumnya crystallizer jenis ini dibangun dengan

diameter 2 feet atau pada skala industri sekitar 4 feet atau lebih.

PTP Nusantara X (Persero) PG Pradjekan Bondowoso. Pada tahapan

ketiga dari proses pembuatan gula adalah proses penguapan dengan evaporator.

Penguapan nira dilakukan untuk mengurangi kadar air dalam nirasampai diperoleh

nira dengannkekentalan tertentu. Penguapan ini dilakukan pada kondisi vacuum

agar sukrosa yang terkandung dalam nira tidak rusak atau pecah. Nira encer yang

memiliki brix 12-14% dikentalkan sehingga mencapai nilai brix 60-65% sehingga

air yang diuapkan sampai 50%. Penguapan dilakukan dengan menggunakan

system quadruple effect yang dalam hal ini uap dari evaporator terdahulu

digunakan sebagai pemanas bagi evaporator selanjutnya (Haikal, 2013).

PG Krebet Baru I. Mempunyai evaporator berjumlah lima buah dalam

susunan seri . dengan menggunakan system penguapan berseri dapat didapatkan

keuntungan yaitu apabiladigunakan empat rangkaian badan maka dengan satu

kilogram uap di dapat nira kurang lebih satu kilogram apabila digunakan empat

rangkaian badan maka dengan satu kilogram uap dapat diuapkan kurang lebih

empat kilogram air dan apabila digunakan lima rangkaian maka dengan satu

kilogram uap dapat diuapkan kurang lebih lima kilogram (Subiyantoro, 2010).

PT Nestle Indonesia Kejayan. Menggunakan evaporator jenis falling

film evaporator dengan system multiple effects dengan 4 effects yang di susun

secara parallel. Susu memasuki evaporator efek pertama dengan suhu pemanasan

yang telah ditentukan. Pada evaporator effect kedua konsentrat diuapkan dengan

suhu pemanas lebih rendah yang di peroleh dari uap air ( vapor ) hasil pemanasan

evaporator effects pertama (Syafiudin, 2010).

2. Draft Tube Baffle Cristallizers

Draft tube baffle (DTB) crystallizers atau plat buang/tabung isap

kristalisasi merupakan salah satu dari beberapa jenis alat kristalisator yang

didasarkan pada prinsip pemisahan debu atau uap dari bahan melalui fase lewat -

jenuh yang ditingkatkan sehingga diperoleh kristal – kristal yang besar. Alat ini

dilengkapi dengan tabung jujut (draft tube) yang berfungsi sebagai sekat untuk

mengendalikan sirkulasi magma, dan agitator propeller yang mengarah ke bawah

untuk memberikan sirkulasi yang terkendali di dalam kristalisator.

Berdasarkan gambar diatas, alat kristalisasi Draft Tube Baffle Crystallizers

mempunyai beberapa komponen di dalamnya. Adapun komponen tersebut, yaitu :

a. Superheated Solution From Hearter and Recirculation Pump, merupakan

pompa sirkulasi yang letaknya pada bagian paling bawah dari Crystallizer

DTB yang berfungsi untuk mendorong (mengalirkan) bahan yang berasal

dari pusat ke Draft tube untuk proses lebih lanjut.

b. Draft Tube, merupakan pipa isap bagian dalam dari Crystallizer DTB

sebagai pusat sirkulasi bahan.

c. Agitator, merupakan pemutar atau pengaduk.

d. Slurry Withdrawal, merupakan tempat penarikan atau pengambilan

kembali.

e. Settling zone, merupakan zona penyelesaian. Pada zona ini terdapat Clear

Mother Liquor Overlow dan To Recirculation pump.

f. To Recirculation Pump

g. Clear Mother Liquor Overlow, merupakan tempat keluarnya cairan induk.

h. Circulation Magma, merupakan tempat sirkulasi Magma (hasil akhir

kristallisator dari campuran Mother Liquor dengan kristal.

i. Vapors Separation (pemisahan uap).

j. Demister

k. Proses Vapors Outlet, merupakan tempat proses keluaranya uap.

Secara sederhana proses kerja Draft Tube Baffle (DTB) Crystallizers dapat

dibedakan menjadi dua bagian. Bagian pertama adalah proses kristalisasi dan

bagian kedua adalah proses klarifikasi. Pada bagian kristalisasi, bahan sample dan

cairan induk (mother liquit) dimasukkan kedalam tangki DTB Crystallizers

melalui sebuah pipa, komponen ini akan mendorong bahan naik ke atas dalam

suatu tabung isap. Didalam tabung isap bahan akan tercampur dan mengalami

sirkulasi dengan bantuan Agitator (pemutar/pengaduk) yang berada di dalam

tangki bagian bawah, kedua bahan ini akan membentuk magma melalui fase

lewat-jenuh yang ditingkatkan.

Magma yang terbentuk akan mengalami perubahan density sehingga uap

yang terkandung di dalamnya akan terlepas kepermukaan magma menuju ke

Vapors Separation (pemisahan uap). Magma yang mengalami perubahan density

akan mengalami proses nukleasi (pembentukan inti kristal), kristal yang terbentuk

akibat proses nukleasi akan mengendap kadasar larutan dan sebagian akan naik ke

permukaan. Kristal yang mengendap akan mengalami pemisahan antara kristal

halus dan kristal kasar, pada zona penyelesaian sebagian Kristal akan dikeluarkan

dari dasar tangki dan selebihnya dijadikan umpan bersama cairan induk untuk

melakukan proses sirkulasi guna melarutkan partikel-partikel halus yang masih

mengendap. Pada bagian klarifikasi akan terjadi pemisahan pada bentuk kristal,

Kristal yang sesuai dengan keinginan akan diambil dan kristal yang belum sesuai

(ukurannya besar/kasar) akan dikembalikan ke zona kristalisasi untuk proses lebih

lanjut.

Dengan menggunakan alat kristalisasi Draft Tube Baffle (DTB)

Crystallizers diperoleh hasil produk berupa:

a. Natrium Karbonat (Sodium Carbonate)

b. Sodium Sulfat (Sodium Sulfate)

c. Natrium Nitrat (Sodium Nitrate)

d. Tembaga Sulfat (Copper Sulfate)

e. Kalsium Klorida (Calcium Chloride)

f. Amonium Sulfat (Ammonium Sulfate)

g. Kalium Klorida (Potassium Chloride)

Dalam penggunaan Draft Tube Baffle (DTB) Crystallizers sebagai alat

kristalisasi, terdapat beberapa keuntungan yang dapat diperoleh, antara lain :

a. Mampu memproduksi kristal – kristal dalam bentuk tunggal.

b. Siklus operasionalnya lebih panjang.

c. Biaya operasi lebih rendah.

d. Kebutuhan ruang minimum

e. Instrument dapat dikendalikan dengan mudah

f. Kesederhanaan operasi, memulai dan penyelesaian.

Salah satu pabrik yang menerapkan alat kristalisasi Draft Tube Baffle

(DTB) adalah PT. Petrokimia Gresik. PT. Petrokimia Gresik merupakan produsen

pupuk terlengkap di Indonesia yang memproduksi berbagai macam pupuk, seperti

Urea, ZA, SP-36, ZK, NPK Phonska, NPK Kebomas, daan pupuk organik. Selain

itu, PT. Petrokimia Gresik juga memproduksi produk non pupuk, antara

lain Asam Sulfat, Asam Fosfat, Amoniak, Dry Ice, Aluminum Fluoride, Cement

Retarder, dll. Keberadaan PT Petrokimia Gresik adalah untuk mendukung

program Pemerintah dalam rangka meningkatkan produksi pertanian dan

ketahanan pangan Nasional.

Pabrik ini menggunakan alat Draft Tube Baffle (DTB) sebagai salah satu

alat dalam proses pembuatan pupuk ZA atau Ammonium Sulphate. Pabrik pupuk

Zwavelzure Ammonia (ZA) ini menggunakan proses Carbonation yang secara

garis besar dibagi menjadi :

Carbonation

Reaksi dan Penyerapan Gas

Filtrasi

Netralisasi

Kristalisasi

Pengeringan dan Pendinginan Kristal

Penampungan Produk

3. Vacuum Pans

Vacuum pan merupkan alat yang berfungsi sebagai tempat pembentukan

inti kristal. Prinsip kerjanya yaitu pengurangan kadar air pada kondisi vacuum.

Proses kristalisasi yang dibuat pada kondisi vaccum bertujuan agar suhu yang

digunakan untuk pemasakan tidak terlalu tinggi yaitu berkisar antara 60-650C

sehingga tidak merusak bahan. Kecepatan masakan di vaccum pan

dipengaruhi oleh kepekatan (brix) larutan thick liquor, semakin tinggi

kepekatan maka proses pemasakan semakin cepat. Hasil dari proses

kristalisasi disebut masscuite. Massecuite kemudian ditampung dalam receiver.

Pada receiver terjadi pengadukan agar larutan tidak membentuk gumpalan

kristal (Dwiastuti, 2010).

Prinsip vacuum pan dan kontruksinya hampir sama dengan evaporator.

Perbedaannya pada vacum pan bekerja secara individual (sendiri) sedangkan

pada evaporator bekerja secara paralel. Pada proses kristalisasi pada stasiun

masakan, diharapkan dapat diperoleh hasil dan daya guna yang tinggi antara lain

(Desa, 2004):

a. Pembentukan inti kristal.

b. Pembentukan inti kristal sampai didapat ukuran yang diharapkan

c. Merapatkan kristal sehingga dihasilkan produk masakan yang tinggi.

Vacuum pan merupakan hasil modifikasi dari short tube vertical

evaporator. Peracangan sistem impeller ini dibuat dengan alur peredaran cairan

dari atas ke bawah, dimana feed dibuat agar masuk dari satu titik didasar bejana.

Penerapan impeller ini secara efektif dapat meningkatkan pergerakan stilling tube.

Penambahan ini berguna untuk menyeragamkan panas didalam vacuum pan dan

kristal dapat tumbuh dengan bebas (Desa, 2004).

Vacuum pan sering digunakan pada industri gula. Kristal gula yang

dimasukkan dalam vakuum pan akan mengalami pembesaran hingga ukuran

tertentu. Bahan yang dimasukkan yaitu nira kental, gula leburan, dan molase.

Hasil resultan dari kristalisasi adalah berupa massecuite. Tingkat masakan

(kristalisasi) dilaksanakan dalam sistem ABC. Kristalisasi A dan B massecuite

dikerjakan dengan menggunakan batch pan yang dilengkapi dengan pengaduk,

sedangkan untuk C massecuite dikerjakan dengan continous pan untuk

"C" massecuite dikerjakan dengan continous pan (GMP, 2009).

Selain pabrik gula, pabrik produk susu seperti susu skim, susu penuh,

buttermilk, campuran es krim, dan lain-lain juga menggunakan vacuum pan.

Vacuum pan adalah suatu bejana yang digunakan untuk kondensasi atau

konsentrasi pada perpindahan sebagaian dari air yang mendidih. Upaya

menghindari efek negatif dari pemanasan pada titik didih dengan atm, proses yang

ada dalam bejana adalah mengurangi temperatur dimana panas yang diterapkan

tidak menyebabkan perubahan yang tidak diinginkan pada produk (Tharp, 2013).

(Desa, 2004).

Beberapa industri yang menggunakan vacuum pan yaitu Gunung Madu

Plantation Lampung, PT Dharmapala Usaha Sukses Cilacap, Pabrik Gula

Madukismo Yogyakarta, Pabrik Gula Pesantren Baru Kediri, dan lain-lain.

(Source: GMP, 2009).

DAFTAR PUSTAKA

Desa, Douglas, O, J. 2004. Applied Technology and Instrumentation for

Process Control. Taylor & Francis. New York.

Dewi, Deviana, Fitrika dan Ali, Masduqi. 2003. Penyisihan Fosfat dengan

Kristalisasi dalam Reaktor Terfluidisasi menggunakan Media Pasir

Silika. Jurnal Purifikasi. 4[4]. 151-156.

Dwiastuti, Rini. 2010. Laporan Magang di PT Dharmapala Usaha Sukses

(Quality Control Gula Rafinasi). Fakultas Pertanian. Universitas Sebelas

Maret. Surakarta.

GMP. 2009. Akses IT-GMP website Team. Lampung.

Haikal, Muhammad Irvan. 2013. Laporan PKL Keselamatan dan Kesehatan

Kerja Produksi Gula pada PT P. Nusantara X (Persero) PG Pradjekan

Bondowoso.

Radit, S. 2011. Draft Tube Baffle Crystallizer. www. wordpress.com Diakses

pada 17 Juni 2014 Pukul 12.30 WIB.

Sirait, M. 2008. Analisis Proses Kristalisasi ZA atau Ammonium Sulfat Pada

Alat Draft Tube Baffle Crystallizer di PT. Petrokimia Gresik. Medan :

Universitas Sumatera Utara.

Syaviudin, Imam Syafi’i. 2010. Laporan PKL Physical Tes Monitoring in Line

Laboratory di PT Nestle Indonesia Kejayan Factory Pasuruan.

Subiyantoro, Wahyu Kurniyawan. 2007. Laporan PKL Saluran Distribusi Gula

di Pabrik Gula Krebet Baru Malang.

Tharp, Bruce, W and Young, L, Steven. 2013. Tharp and Young on Ice Cream:

An Encyclopedia Guide to Ice Cream Scienceand Technology. DEStech

Publications Inc. USA.

Http://www.petrokimia-gresik.com/za.asp Diakses pada 17 Juni 2014 Pukul 13.00

WIB.

LAMPIRAN

Nama : Prillanda Irenne Putri

NIM : 125100301111045

Blog : blog.ub.ac.id/irenne/

Nama : Gita Syarifah Ali

NIM : 125100301111075

Blog : blog.ub.ac.id/gitasyarifahali

Nama : Qanitatul Afifah

NIM : 125100301111079

Blog : blog.ub.ac.id/qanita/

Nama : Miftahul Jannah

NIM : 125100301111083

Blog : blog.ub.ac.id/mifta/

Nama : Hasna Laila Karimah

NIM : 125100301111099

Blog : blog.ub.ac.id/karimah/