ekstraksi cair cair lle

1

EkstraksiEkstraksi caircair--caircair(LLE – Liquid-Liquid-Extraction)

SetijoSetijo BismoBismoDTK - FTUI

2

Pendahuluan dan Definisi :• Disebut Ekstraksi Cair-Cair (LLE) adalah karena

peristiwa pemisahan komponen dari suatu campurancair dengan cara pengontakan pada cairan lain (baru)

• Disebut juga sebagai Ekstraksi Cair atau EkstraksiPelarut (solvent extraction)

• Merupakan peristiwa pemisahan komponen sebagaizat terlarut (solute) berdasarkan perbedaan kelarutan( sifat fisika)

3

Pemilihan Pelarut (Solvent ):• Selektivitas, yaitu kemampuan pelarut untuk melarutkan komponen yang

dikehendaki. Selektivitas umumnya ditentukan berdasarkan parameter-parameter di bawah ini:

• Koefisien distribusi, terjadi pembagian kelarutan komponen• Ketidaklarutan pelarut (lama), pada pelarut baru• Kemudahan digunakan kembali (recoverability)

• Densitas, dengan perbedaan tidak terlalu besar• Tegangan permukaan, tidak terjadi emulsi• Reaktivitas kimia, tidak ada reaksi kimia (terutama yang dominan)• Viskositas, berpengaruh pada tekanan uap dan titik beku• Toksisitas, tidak beracun dan tidak terbakar (non-flammable)• Ekonomis

4

Operasi Ekstraksi:(Digunakan untuk berbagai macam operasi pemisahan/pemurnian)

• U, Zr, Hf, Th, Lantanida, Ta, Nb, Co, Ni

• Umumnya separasi tahap jamak

• Pada dasarnya, “ion logam non-kompleks” tidak

larut di dalam fasa organik

• Pembentukan “ion logam kompleks” oleh gugus-

fungsi organik, sehingga dapat diekstraksi dalam

fasa organik

• Sering disebut juga “liquid ion exchangers”

5

ReaksiReaksi EkstraksiEkstraksi(Pembentukan Kompleks)

• Ligand pada fasa organik membentukkompleksi ion logam pada fasa cairnya

Pemilihan kondisi berikut akan menentukan ion logam spesifik:

Kondisi oksidasiJari-jari ionikStabilitas terhadap extracting ligands

• Fasa-fasa kemudian dipisahkan• Logam metal dipisahkan dari fasa organik

dengan– Evaporasi– Ekstraksi ulang

6Efek distribusi nitrat antara (CH3CH2)2O-Diethyl ether dan air, larutan jenuh dan suhu 25oC

(Furman et al)

7Efek konsentrasi HNO3 pada ekstraksi “Uranil Nitrat” dengan TBP

(tri-n-butyl phosphate )

8

Reaksi Pembentukan Kompleks

• Tri n-butyl Phosphate (TBP)– (C4H9O)3P=O– Resonansi ikatan tak-jenuh antara P dan O– UO2

2+(aq) + 2NO3

-(aq) + 2TBP(org) ⇔

UO2(NO3)2.2TBP(org)

– Demikian juga untuk ekstraksi Pu4+

• Thenoyltrifluoroacetone (TTA)

Keto Enol Hydrate

S

O O

CF3S

O OH

CF3S

O OH

CF3

HO

9

TTA (Thenoyltrifluoroacetone)

• Reaksi Umum:– Mz+

(aq) + zHTTA(org) ⇔ M(TTA)z(org) + H+(aq)

– Bagaimana dengan “tetapan kesetimbangan” ?Problem dengan LLE ??

• Limbah• Degradasi Ligand• Pembentukan “Fasa Terner”• Problem Kelarutan (Solubility)

10

Alat-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)

11

Sistem 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

12

Jenis Interaksi Komponen-Pelarut

1. Fisika

2. Kimiawi:A. Melibatkan pertukaran kation, contoh: ekstraksi logam

dengan asam karboksilat (RCOOH)B. Melibatkan pertukaran anion, contoh: ekstraksi metal

dengan amina (RNH2)C. Yang melibatkan pembentukan senyawa aditif, contoh:

ekstraksi dengan senyawa organo-phosphor (pemurnian uranium dari nitrat dengan TBP)

13

Aplikasi Ekstraksi dalam Industri

Ekstraksi banyak digunakan sebagai operasikomplementer (pelengkap), selain distilasi.

Ekstraksi diperlukan terutama:Bila proses distilasi akan membutuhkan panas dalamjumlah terlalu besar, contoh: bila volatilitas relatifmendekati satuBila pembentukan azeotrop menghambat pemisahanyang menggunakan distilasiBila ingin menghindari pemanasan terhadap suatu zatBila komponen yang hendak dipisahkan sangat berbedasifat-sifatnya (kelarutan)

14

BeberapaBeberapa ContohContoh EkstraksiEkstraksiDalam 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 kerosene untuk meningkatkankualitas pembakaran

Pemisahan aromatik dari senyawaan parafin atau nafta untuk meningkatkankarakter viskositas-suhu suatu minayk pelumas

Pengambilan senyawa relatif murni seperti benzena, toluen dan xylene darireformat 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 sangatkompleks)

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)

15

Ekstraksi dengan Fluida Superkritis

• Penggunaan fluida superkritis (atau mendekatisuperkritis), yaitu gas atau cairan di atas titik kritis

• Untuk pemisahan campuran komponen jamak denganmemanfaatkan perbedaan:– volatilitas komponen (seperti pada distilasi)– Interaksi spesifik antar komponen (kelarutan)

• Menarik karena:– Banyak gas-gas menunjukkan daya larut yang sangat baik bila

ditekan (tekanan dinaikkan) melebihi titik kritisnya– Energi yang digunakan pada distilasi relatif lebih mahal– Peraturan yang mendorong penggunaan bahan ramah

lingkungan serta tidak beracun (mereduksi penggunaanhidrokarbon terklorinasi). Contoh: CO2 sbg solvent (pelarut)

16

Pembuatan Diagram FasaSolven 1

(Cth: Isopropyl - Eter)

Solven 2

(Cth: Air)

Solven 1

(Cth: Methyl isobutil ketone MIK)

Solven 2

(Cth: Air)Asam

Cuka

Aseton

17

Tie Line

• Tie line adalah garis yang menghubungkan satutitik pada rafinat dan pada extraktan

• Campuran yang komposisinya terletak dalam tie line akan memiliki kesetimbangan sama yaitupada kedua titik diujung tie line

• Tie line dibuat dengan cara membiarkan suatucampuran yang diketahui komposisinyamencapai kesetimbangan 2 fasa.

18

Latihan mandiri 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

19

Jawaban LM 1

• Buatlah terlebih dahulu kesetimbngan 2 fasanya,

• Buatlah tie linenya• Tentukan komposisi campuran yang

diketahui (M)• Tariklah tie line utk titik M yang paling

sesuai (pendekatan grafis)

20

Efek Suhu

t1

Suhu

t2

t3

t4

t1

t2

t3

t4

21

Ekstraksi KesetimbanganSatu tahap

• Counter current satu tahap seperti dilukiskan padagambar sebelah kiri bawah ini tidaklah ada dalamaplikasinya (bisa anda jelaskan mengapa?). Namunberguna dalam memahami neraca masa perhitunganselanjutnya

CampuranRafinat R

Ekstrak E

L0 L1

V1 V2

L + V = ML.xA + V.yA = M.xAML.xC + V.yC = M.xCM

L0 + V2 = L1 + V1 = M L.xA + V.yA = M.xAML.xA + V.yA = M.xAML.xA + V.yA = M.xAM

L.xC + V.yC = M.xCM

22

Ekstraksi 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) > Δ

4. Buat tie line yg mengenai M,

5. Pada sisi amplop fasa > L1 & V1

6. Hubungkan L1 dengan Δ, perpotongan padasatu sisi amplop menjadi V2

7. Buat tie line kedua dari V2,

8. Dst sampai melewati LN,

9. Jumlah tahap = jumlah garis yg menemui Δ

LN

VN+1

Δ

L1

V1V2

23

Ekstraksi Diferensial• Proses kontinyu• Umpand dan pelarut

mengaliri satu sama lain• Satu fasa terdispersi

dalam fasa lainnya• Kontak dan pemisahan

terjadi dalam satu unit• Fasa-fasa tsb tdk pernah

berada dalamkesetimbangan kecualisecara lokal saja, yaitupada antarmuka

Rafinat

Ekstrak

Solvent

Umpan

24

Differential extractors

Extracting solvent

Raffinate

Feed

Extract

Feed

Extracting solvent

Extract

Raffinate

Feed

Extracting solvent

Extract

Raffinate

Feed

Extract

Extracting solvent

Raffinate

25

Transport 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

26

Transport zat terlarut pada ekstraksi

ii Kxy =

)()( yykxxkN iLiHS −=−=

dzaxxkdxQ iHH )( −=

zQak

xxdx

H

Hx

x i⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

−∫0

HH hNTUz =

27

Transport zat terlarut pada ekstraksi

LL hNTUz =

LL

HHOH h

KQQhh ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

HH

LLOL h

QKQhh ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

28

29

30

31

32

33

System Ekstraksi Otomatis

• Separasi berdasarkan densitas– Organic usually lower density than water

• Chlorinated hydrocarbons tend to be denser than water

– Need to achieve phase separation before solution extraction

34

Single Solvent Extraction Stage

35

36