EKSTRAKSI SOLVENTDalam operasi ekstraksi solven, suatu solute C diambil dari salah satu fase cairan dan ditransfer ke fase cairan yang lain. Sifat Fisis yang mendasari operasi pemisahan ini adalah kelarutan. Solute harus memiliki kelarutan yang lebih besar didalam fasa solven.

Solute = zat terlarut Solvent = fase yang menerima solute Rafinat = fase darimana solute terambil / arus produk yang miskin solute Ekstrak = arus produk yang kaya solute Mengapa menggunakan ekstraksi solvent dibanding proses pemisahan lain: 1. Bila solute memiliki volatilitas yang rendah (susah menguap), proses ekstraksi lebih disukai. Karena kalau menggunakan distilasi akan membutuhkan energi yang sangat besar 2. Distilasi juga tidak dapat dilakukan apabila solute berupa padatan 3. Jika solute dan pelarut tidak tahan terhadap panas. 4. Ketiga alasan tersebut bisa diatasi dengan distilasi vakum, tapi biasanya sangat mahal. Kelemahan: 1. Membutuhkan pemisahan lanjut untuk mendapatkan produk murni (C) dan solvent (B) harus diambil kembali (recycle) 2. Solvent semakin lama berkurang (loss) padahal beberapa jenis solvent berharga mahal 3. Membutuhkan peralatan multi stage.

Hubungan Keseimbangan untuk Ekstraksi Solvent Pada operasi ekstraksi yang paling sederhana seperti ditunjukkan pada gambar diatas, ada 3 komponen yang terdapat dalam sistem (komponen A, B dan C). Campuran dari tiga komponen secara umum ditunjukkan dalam diagram tiga dimensi. Diagram segitiga ini biasanya sama sisi. Kita harus terlebih dahulu memahami cara penyusunan dan penggunaan diagram segitiga untuk meyelesaikan persoalan-persoalan ekstraksi solvent.

Hubungannya: xA + xB + xC = 1 Contoh:

Gambar diatas menunjukkan suatu diagram segitiga sama sisi. Skala dinyatakan dalam persen berat. Tiap ujung segitiga mewakili kondisi 100% berat untuk tiap komponen. Komposisi untuk tiap titik internal dapat ditentukan dari diagram dengan menarik garis yang dari titik pada sisi sisi segitiga hingga membentuk sudut siku-siku. Garis ini akan tegak lurus dengan sisi segitiga. Dibuat garis pembantu yang sejajar dengan sisi segitiga untuk memudahkan pembacaan persen berat suatu titik. Contoh titik K. (Lihat segitiga. ppt)

Data Kesetimbangan pada Kordinat segitiga Suatu digram fasa dimana pasangan komponen A dan B melarut sebagian (partially miscible) diperlihatkan pada gambar berikut Daerah 1 fasa (bukan 1 komponen) Garis kesetimbangan (Equilibrium tie line)

Daerah 2 fasa

Contoh: 1. Methyl Isobutyl Ketone (A) Air (B) Acetone (C) 2. Air (A) Chloroform (B) Acetone (C) 3. Benzene (A) Air (B) Asam Asetat (C).

Terlihat pada gambar, komponen C melarut secara sempurna di dalam A atau di dalam B. Komponen A hanya sedikit melarut di dalam B dan B sedikit melarut didalam A. Daerah dua fasa termasuk didalam kordinat segitiga (daerah diarsir kuning). Suatu campuran awal M akan memisah menjadi 2 fasa a dan b yang berada dalam garis kesetimbangan (tie line) melalui titik M. Garis kesetimbangan lain juga terlihat. Dua fasa identik pada titik P yang disebut dengan Plait Point. Pada Plait point, tie line tereduksi menjadi satu titik dimana ekstrak dan rafinat adalah identik. Kedua fasa cair mempunyai komposisi yang sama, dua fasa menjadi satu fasa. Tie line digunakan untuk menghubungkan titik-titik pada miscibility boundary yang mewakili komposisi fasa kesetimbangan. Data Kesetimbangan Pada Koordinat Rektangular Karena diagram segitiga memiliki beberapa kekurangan, suatu metode yang berguna adalah dengan memplotkan data ke tiga komponen ke koordinat rektangular. Diagramnya terlihat pada Figure 12.5-3 Geankoplis untuk sistem Asam asetat (A) Air (B) isopropil ether (C). Data untuk system ini diperoleh dari Appendix A.3-24. Pelarut B dan C adalah melarut sebagian. Konsentrasi komponen C diplotkan pada kordinat vertikal, dan A pada kordinat horizontal. Sedangkan konsentrasi komponen B diperoleh dari persamaan:x B =1 x A xC y B =1 y A yC

Lapisan rafinat

Lapisan ekstrak

Dari gambar diatas, daerah dua fasa adalah yg didalam kurva/envelope (berwarna kuning) sedangkan daerah 1 fasa adalah yg diluar kurva. Tie Line (garis g-i) terlihat menghubungkan lapisan kaya air yang disebut lapisan rafinat, dan lapisan pelarut kaya ether yang disebut lapisan ekstrak. Komposisi rafinat ditandai dengan x dan komposisi ekstrak oleh y. Oleh karena itu fraksi massa C ditandai sebagai yC didalam lapisan ekstrak dan xC didalam lapisan rafinat. SELANJUTNYA LIHAT EXAMPLE 12.5-1.PPT

Penurunan aturan lever arm secara grafik Pada skema terlihat dua buah aliran L dan V , yang mengandung komponen A, B dan C, dicampur menghasilkan aliran campuran M.

Neraca Massa Total: V Neraca massa komponen A V yA + L xA = M xAM Dimana: xAM = fraksi massa A didalam aliran M. Untuk komponen C, V yC + L xC = M xCM .3) Dengan menggabung persamaan 1 dan 2 diperoleh: V yA + L xA = (L + V) xAM V yA V xAM = LxAM - L xA V (yA xAM ) = L (xAM y x L = A AM V x AM x A

+

L

=

M

......................1) ......................2)

xA ) .......................4)

Persamaan 1) gabung ke 3) V yC + L xC = (L + V) xCM .5)y x L = C CM V xCM xC

Persamaan 4) = Persamaan 5)y xCM y A x AM = C x AM x A xCM xC

SederhanakanxC xCM x yC = CM x A x AM x AM y A

.6)

Ini menunjukkan titik-titik L, M dan V harus terletak pada satu garisL ( kg ) VM = V ( kg ) LM

.7)

Aturan lever arm yang menyatakan bahwa kgL/kgV sama dengan panjang garis VM / panjang garis LM. Dalam bentuk matematik:L ( kg ) VM = M ( kg ) LV

.8)

CONTOH 2: Lanjutan EXAMPLE 12.5-1. Tentukanlah banyaknya L dan V PENYELESAIAN Dari soal sebelumnya telah diketahui campuran asal, M = 100 kg, V +L =M = 100 kg .......a) xAM = 0,1

Dari soal sebelumnya telah diperoleh: Lapisan ekstrak : yA = 0,04, yC = 0,94, yB = 0,02 Lapisan rafinat : xA = 0,12, xC = 0,02, xB = 0,86

Dari persamaan 2): V yA + L xA = M xAM V 0,04 + L 0,12 = 100 (0,1) Selesaikan pers (a) dan (b) secara simultan didapat: L = 75 kg , Cara Lain Dengan menggunakan lever arm, jarak hg diukur sebagai 4,2 unit dan gi sebagai 5,8 unit. Dari persamaan 8L ( kg ) L hg 4,2 = = = M ( kg ) 100 5,8 gi

........b)

V = 25 kg

Diperoleh : L = 72,5 kg dan V = 27,5 kg

Memperlihatkan hasil yang mendekati dengan cara yang pertama. Ekstraksi Kesetimbangan Satu Tahap Pemisahan komponen A dari suatu campuran A dan B menggunakan pelarut C pada kolom kesetimbangan satu tahap.

Terlihat dari skema, pelarut (V2) masuk bersamaan dengan aliran L0. Aliran dicampur dan mengalami kesetimbangan kemudian keluar masing-masing dengan aliran V1 dan L1. Persamaan untuk proses ini adalah sama seperti pada bagian sebelumnya, dimana y adalah komposisi aliran V dan x komposisi aliran L.

Input = Output L0 + V2 = L1 + V1 = M L0 xC0 + V2 yC2 = L1 xC1+ V1 yC1= M xCM xA + xB + xC = 1 Karena jumlah dan komposisi L0, V2 diketahui, maka M, xAM dan xCM dapat dihitung dari persamaan 9, 10 dan 11. Titik-titik L0, V2 dan M dapat diplot seperti ditunjukkan dalam gambar dibawah ini. .9) .11) L0 xA0 + V2 yA2 = L1 xA1+ V1 yA1= M xAM .10)

Dengan cara trial and error dapat ditarik tie line melalui titik M yang menghasilkan komposisi L1 dan V1. Jumlah L1 dan V1 dapat ditentukan dari substitusi ke dalam persamaan 9 11 atau dengan menggunakan aturan lever arm. PROBLEM 12.5-2 Halaman 182 Geankoplis Suatu proses ekstraksi satu tahap dilaksanakan, dimana 400 kg larutan mengandung 35% berat asam asetat didalam air dikontakkan dengan 400 kg isopropil ether murni. Hitunglah jumlah komposisi lapisan ekstrak dan rafinat. Berapa persen kah asam asetat dapat diserap. Gunakan data kesetimbangan pada appendix A.3. PENYELESAIAN

Dari persamaan 9)

Dari persamaan 10)

Dari persamaan 11)

Sehingga diperoleh titik M xAM = 0,175 xCM = 0,5 xBM = 1- 0,175 0,5 = 0,325

Plot titik M pada grafik, kemudian dengan cara yang sama dengan sebelumnya (menarik garis ke titik V1 dan L1 dengan cara trial ) diperoleh