Transport zat terlarut pada ekstraksi
Transcript of Transport zat terlarut pada ekstraksi
Dr.-Ing. Misri Gozan1
EkstraksiEkstraksi
Ekstraksi cair-cair
Dr.-Ing. Misri Gozan2
Pengantar Pengantar Ekstraksi cair-cair adalah pemisahan
komponen dari suatu campuran cair dengan mengontakkan pada cairan lain
Sering disebut juga Ekstraksi cair atau ekstraksi pelarut (solvent extraction)
Pemisahan berdasar perbedaan kelarutan
Dr.-Ing. Misri Gozan3
Alat-alat utama dan TahapanAlat-alat utama dan Tahapan1. Pencampuran atau mengkontakkan antara campuran
dengan solven2. Pemisahan 2 fasa yang terbentuk3. Pengambilan kembali (removal and recovery) solven
dari tiap fasa yang terbentuk
Pencampuran (Mixer)
Ekstrak E
Rafinat R
Solven
Campuran
Pemisahan (Separator)
Dr.-Ing. Misri Gozan4
Sistem kontak gandaSistem kontak ganda
Pemisahan(Separator)
1
Ekstrak 1
Rafinat 1
Solven
Campuran
Pencampuran(Mixer)
1
Pemisahan(Separator)
2
Ekstrak 2
Rafinat 2
Solven
Pencampuran(Mixer)
2
Dr.-Ing. Misri Gozan5
Jenis-jenisJenis-jenis1. Fisis2. Kimiawi:
A. Melibatkan pertukaran kation, cth: ekstraksi metal dengan asam karboksilat
B. Melibatkan pertukaran anion, cth: ekstraksi metal dengan amina
C. Yang melibatkan pembentukan senyawa aditif, cth: ekstraksi dengan senyawa organo-phosphor (pemurnian uranium dari nitrat dengan tri-n-butyl phosphat)
Dr.-Ing. Misri Gozan6
Penerapan EkstraksiPenerapan EkstraksiEkstraksi banyak digunakan sebagai komplementer
(tambahan) disamping distilasi. Ekstraksi diperlukan terutama: Bila proses distilasi akan membutuhkan panas dalam jumlah
terlalu besar, cth: bila volatilitas relatif mendekati satu Bila pembentukan azeotrops menghambat pemisahan yang
dalam distilasi Bila kita ingin menghindari pemanasan terhadap suatu zat Bila komponen yang hendak dipisahkan sangat berbeda
sifat-sifatnya (kelarutan)
Dr.-Ing. Misri Gozan7
Contoh-contoh EkstraksiContoh-contoh Ekstraksi Dalam produksi bahan bakar pada industri nuklir, proses cairan-cairan coal
tar, dan terutama pada pemisahan hidrokarbon pada industri petrokimia Pemisahan aromatik dari minyak bakar berbasis kerosin untuk
meningkatkan kualitas pembakaran Pemisahan aromatik dari senyawaan parafin atau nafta untuk meningkatkan
karakter viskositas-suhu suatu minayk pelumas Pengambilan senyawa relatif murni seperti benzena, toluen dan xylene dari
reformat yang dihasilkan secara katalitis pada industri Produksi asam asetat anhidrat Ekstraksi phenol dari larutan coal tar Pemurnian penicilin (dari senyawaan lain sebagai hasil fermentasi yang
sangat kompleks) Pada industri bioteknologi (biokimia) diperlukan ekstraktan (solven) yang
sangat “lembut” dan khusus (misal: campuran air - polyethylene glycol – phosphat) mengingat banyak solven organik dapat mendegradasi bahan-bahan yang sensitif (seperti protein)
Dr.-Ing. Misri Gozan8
Fluida SuperkritisFluida Superkritis Penggunaan fluida superkritis (atau mendekati
superkritis), yaitu gas atau cairan di atas titik kritis Untuk memisahkan campuran banyak komponen dengan
memanfaatkan perbedaan:– volatilitas komponen (seperti pada distilasi)– Interaksi spesifik antar komponen (kelarutan)
Menarik karena:– Banyak gas-gas menunjukkan daya larut yang hebat bila
dikompres melebihi titik kritisnya– Energi yang digunakan pada distilasi semakin mahal– Peraturan yang mendorong penggunaan bahan ramah lingkungan
serta tidak beracun (mereduksi penggunaan hidrokarbon terklorinasi). Cth: CO2 sbg solven
Dr.-Ing. Misri Gozan9
Pembuatan Diagram FasaPembuatan Diagram FasaSolven 1
(Cth: Isopropyl - Eter)
Solven 2
(Cth: Air)
Solven 1
(Cth: Methyl isobutil ketone MIK)
Solven 2
(Cth: Air)Asam
Cuka
Aseton
Dr.-Ing. Misri Gozan10
Tie LineTie Line Tie line adalah garis yang menghubungkan satu
titik pada rafinat dan pada extraktan Campuran yang komposisinya terletak dalam tie
line akan memiliki kesetimbangan sama yaitu pada kedua titik diujung tie line
Tie line dibuat dengan cara membiarkan suatu campuran yang diketahui komposisinya mencapai kesetimbangan 2 fasa.
Dr.-Ing. Misri Gozan11
Contoh soal 1Contoh soal 1
Suatu campuran dengan komposisi air 60 kg, ether 30 kg dan asam cuka 10 kg hendak dipisahkan dengan metode. Buatlah:
- Diagram fasa berdasar tabel A3-24, - Kesetimbangan pada dua fasanya
Dr.-Ing. Misri Gozan12
Jawaban soal 1Jawaban soal 1Buatlah terlebih dahulu kesetimbngan 2
fasanya,Buatlah tie linenyaTentukan komposisi campuran yang
diketahui (M)Tariklah tie line utk titik M yang paling
sesuai (pendekatan grafis)
Dr.-Ing. Misri Gozan13
Efek SuhuEfek Suhu
t1
Suhu
t2
t3
t4
t1
t2
t3
t4
Dr.-Ing. Misri Gozan14
Ekstraksi Kesetimbangan Ekstraksi Kesetimbangan Satu tahapSatu tahap Counter current satu tahap seperti dilukiskan pada
gambar sebelah kiri bawah ini tidaklah ada dalam aplikasinya (bisa anda jelaskan mengapa?). Namun berguna dalam memahami neraca masa perhitungan selanjutnya
CampuranRafinat R
Ekstrak E
L0 L1
V1 V2
L + V = ML.xA + V.yA = M.xAM
L.xC + V.yC = M.xCM
L0 + V2 = L1 + V1 = M L.xA + V.yA = M.xAML.xA + V.yA = M.xAM
L.xA + V.yA = M.xAML.xC + V.yC = M.xCM
Dr.-Ing. Misri Gozan15
Ekstraksi jamakEkstraksi jamak
M
L0
1. Buatlah garis yang menghubungkan VN+1, M dan L0
2. Buat garis yg menghubungkan LN dan VN+1
3. Buat pertemuan kedua garis tsb (1 & 2) >
4. Buat tie line yg mengenai M,
5. Pada sisi amplop fasa > L1 & V1
6. Hubungkan L1 dengan , perpotongan pada satu sisi amplop menjadi V2
7. Buat tie line kedua dari V2,
8. Dst sampai melewati LN,
9. Jumlah tahap = jumlah garis yg menemui
LN
VN+1
L1
V1
V2
Dr.-Ing. Misri Gozan16
Ekstraksi DiferensialEkstraksi Diferensial Continuous process Feed and extracting solvent
flow past one another One phase is dispersed in the
other Contacting and phase
separation takes place within one unit
Phases are not in equilibrium except locally i.e at the interface
Raffinate
Extract
Extracting solvent
Feed
Dr.-Ing. Misri Gozan17
Differential extractorsDifferential extractors
Extracting solvent
Raffinate
Feed
Extract
Feed
Extracting solvent
Extract
Raffinate
Feed
Extracting solvent
Extract
Raffinate
Feed
Extract
Extracting solvent
Raffinate
Dr.-Ing. Misri Gozan18
Transport zat terlarut pada ekstraksiTransport zat terlarut pada ekstraksi
Feed
Extracting solvent
Raffinate
Raffinate side film
Extract side film
Raffinate Extract
Extract side film
Raffinate side film
Interface
Concentration profile
x
xi
yi
y
Dr.-Ing. Misri Gozan19
Transport zat terlarut pada ekstraksiTransport zat terlarut pada ekstraksi
ii Kxy
)()( yykxxkN iLiHS
dzaxxkdxQ iHH )(
zQ
akxx
dx
H
Hx
x i
0
HH hNTUz
Dr.-Ing. Misri Gozan20
Transport zat terlarut pada ekstraksiTransport zat terlarut pada ekstraksi
LL hNTUz
LL
HHOH h
KQQhh
HH
LLOL h
QKQhh
Dr.-Ing. Misri Gozan21
Pemilihan Pelarut (Solvent)Pemilihan Pelarut (Solvent) Selektivitas
Adalah kemampuan pelarut untuk melarutkan suatu zat yang dikehendaki. Selektivitas ditentukan dengan menghitung , yaitu
Koefisien distribusi Ketidaklarutan solven Rekoverabilitas Densitas Tegangan permukaan Reaktivitas kimia Viskositas, tekanan uap dan titik beku Toksisitas, nonflammable dan murah
Dr.-Ing. Misri Gozan22
Solvent ExtractionSolvent Extraction Based on separating aqueous phase from organic phase Used in many separations
– U, Zr, Hf, Th, Lanthanides, Ta, Nb, Co, Ni– Can be a multistage separation– Can vary aqueous phase, organic phase, ligands– Uncomplexed metal ions are not soluble in organic
phase– Metals complexed by organics can be extracted into
organic phase– Considered as liquid ion exchangers
Dr.-Ing. Misri Gozan23
Extraction ReactionExtraction Reaction Phases are mixed Ligand in organic phase complexes metal ion in
aqueous phase– Conditions can select specific metal ions
oxidation state ionic radius stability with extracting ligands
Phase are separated Metal ion removed from organic phase
– Evaporation– Back Extraction
Dr.-Ing. Misri Gozan24(CH3CH2)2O Diethyl ether
Dr.-Ing. Misri Gozan25Effect of nitric acid concentration on extraction of
uranyl nitrate with TBP
Dr.-Ing. Misri Gozan26
ReactionsReactionsTributyl Phosphate (TBP)
– (C4H9O)3P=O– Resonance of double bond between P and O– UO2
2+(aq) + 2NO3
-(aq) + 2TBP(org) <--
>UO2(NO3)2.2TBP(org)
– Consider Pu4+
Thenoyltrifluoroacetone (TTA)
Keto Enol Hydrate
aa
S
O O
CF3S
O OH
CF3S
O OH
CF3
HO
Dr.-Ing. Misri Gozan27
TTATTAGeneral Reaction
– Mz+(aq)
+ zHTTA(org) <-->M(TTA)z(org) + H+
(aq)
– What is the equilibrium constant?Problems with solvent extraction
WasteDegradation of ligandsTernary phase formationSolubility
Dr.-Ing. Misri Gozan28
Dr.-Ing. Misri Gozan29
Dr.-Ing. Misri Gozan30
Dr.-Ing. Misri Gozan31
Dr.-Ing. Misri Gozan32
Dr.-Ing. Misri Gozan33
Extraction SystemsExtraction SystemsAutomatic systems are available
– Separation of solutions based on densityOrganic usually lower density than water
– Chlorinated hydrocarbons tend to be denser than water
– Need to achieve phase separation before solution extraction
Dr.-Ing. Misri Gozan34
Single Solvent Extraction StageSingle Solvent Extraction Stage
Dr.-Ing. Misri Gozan35
Dr.-Ing. Misri Gozan36