Kristaliser MSMPR dan CSTC dalam Proses Kristalisasi

Slide2Semua kristaliser  dioperasikan  dengan  adanya  pen- campuran,  baik  dengan  menggunakan  pengaduk  atau dengan  dengan  cara  sirkulasi. Kristaliser  MSMPR  (mixed  suspension  mixed  product removal)  adalah  kristaliser  yang  dioperasikan  seperti reaktor  alir  berpengaduk,  sehingga  sering  juga  disebut CSTC  (continuous  stirred  tank  crystallizer). Serangkaian  CSTC  yang  dioperasikan  secara  seri  disebut CSTC  battery .

Slide3(b)Multistage battery with overall residence time (a) The single stage CSTC

Slide4NERACA  POPULASIDensity populasi kristal,  n  (jumlah kristal per unit ukuran per unit volume sistem) didefinisikan sebagai: dengan   N  adalah jumlah kristal dalam rentang ukuran  L  per unit volume. Nilai  n  tergantung pada nilai  L  dalam rentang d L , atau dengan kata lain,  n  merupakan fungsi dari  L . (1)

Slide5Jumlah kristal dalam rentang ukuran L 1  sampai  L 2  dapat diturunkan dari persamaan (1): (2) (1) Akhirnya jumlah kristal dalam rentang ukuran  L 1  sampai L 2  dapat dapat dinyatakan dengan:

Slide6aplikasi neraca populasi dapat didemonstrasikan dalamkristaliser MSMPR dengan asumsi: 1. Operasi steady-state. 2. Tidak ada kristal dalam aliran umpan. 3. Semua kristal memiliki bentuk yang sama, yaitu dengan dimensi linier  L. 4. Tidak ada kristal yang patah. 5. Kecepatan pertumbuhan kristal tidak tergantung pada ukuran kristal.

Slide7Kristaliser MSMPR kontinyu

Slide8neraca populasi (input = output) dalam sebuah sistemdengan volume  V  dalam interval waktu   t  dan rentang ukuran   L  =  L 2  –  L 1  adalah dengan Q : laju alir  umpan dan pengeluaran G : Kecepatan pertumbuhan kristal (d L /d t )   : density populasi rata-rata (3)

Slide9Untuk  L     0, maka (4)

Slide10jika kecepatan pertumbuhan kristal tidak tergantungpada ukuran kristal (hukum   L ), maka Jika pers. ini dimasukkan ke pers. sebelumnya, maka (5)

Slide11(6)Jika    = V/Q, yaitu waktu tinggal rata-rata dalam kristaliser, maka:

Slide12Jika diintegralkan:dengan  x  adalah rasio ukuran kristal (L) dengan pe- nambahan ukuran kristal selama    (G  ): (7) (8)

Slide13Plot log n  vs.  L  akan menghasilkan garis lurus dengan slope = – 1/ G     dan intercept =  ln n 0 . Jadi jika waktu tinggal rata-rata     diketahui, maka kecepatan pertumbuhan kristal,  G , dapat dihitung.

Slide15Density  polpulasi berukuran nol atau konsentrasikristal berukuran nol (inti kristal) adalah: (9) Kecepatan nukleasi,  B 0 , dapat dinyatakan sebagai: (10)

Slide16Jumlah kristal per unit volume:(11) Total massa kristal per unit volume: Dengan   : volume shape factor  c : density kristal (12)

Slide17Jumlah kristal per unit massa:(13) Massa kristal per unit volume dengan panjang < L atau dengan waktu tinggal tak berdimensi < x adalah: Integral di ruas kanan:

Slide18Jika dimasukkan ke persamaan di atas:(14) Distribusi massa kumulatif: (15)

Slide19Distribusi massa diferensial:(16) Plot d  m /dx versus x mencapai maksimum pada x = 3 Ukuran kristal pada kondisi ini disebut  predominant size atau  modal size  (L D ): (17)

Slide20Median size dari distribusi massa didefinisikan sebagai ukuran kristal tengah (50% dari produk kristaliser MSMPR berukuran lebih besar dan 50% lebih kecil daripada  median size ) Dengan trial diperoleh nilai  x  = 3,672 (18)

Slide21medianmodal

Slide22setiap butir kristal  tentu berasal dari inti kristal. Olehkarena itu kecepatan nukleasi dapat dihitung berdasar- kan kecepatan produksi massa kristal total (M’). Jika jumlah kristal per unit massa dinyatakan dengan: Maka kecepatan nukleasi adalah: (19) (20)

Slide23CONTOHAnalisis data distribusi ukuran dari sebuah CSTC Data distribusi diferensial yang diperoleh dari sebuah CSTC: w L (mm) w L (mm) w L (mm) 0,02 0,340 0,10 0,700 0,10 1,400 0,05 0,430 0,13 0,820 0,09 1,650 0,06 0,490 0,13 1,010 0,04 1,980 0,08 0,580 0,13 1,160 0,03 2,370 Volumetric shape factor is    = 0,866, density = 1.5 g/mL, dan waktu tinggal rata-rata = 2,0 jam. Perkirakan kecepatan pertumbuhan kristal  G  dan kecepatan nukleasi  B 0 .

Slide24PENYELESAIANJumlah kristal dengan ukuran < L per unit massa Jika persamaan (1) digabung dengan persamaan (7): (a) (b) Integrasi persamaan (b) dari L = 0 sampai L = L: (c)

Slide25jumlah kristal dengan ukuran < l per unit massa dapatdihitung menggunakan persamaan (a):

Slide26Hubungan antara N  dan  L  dinyatakan dengan persamaan (c): Menurut pers. (c), ada 2 bilangan anu, yaitu  G  dan  n 0 . Kita memiliki satu set data  N i  dand  L i . Kedua bilangan anu diperoleh dengan cara regresi: G  = 0.3515 mm/hr n 0  = 3.4528 nuclei/mm 4  = 3.4528    10 12   nuclei/m 4 Sehingga: B 0  =  G n 0  = 1.2137    10 9   nuclei/m 4  hr

Slide27CONTOH SOALKristalisasi dalam kristaliser MSMPR dengan ukuran kristal dominan Kristal  asam  sitrat  monohidrat  dalam  sebuah  MSMPR pada  30  C  dengan  ukuran  kristal  dominan  L D   = 0.833mm  (20  mesh).  Density  kristal  1.54  g/mL,  volume shape  factor     =  1  dan  kelarutannya  39.0  wt  %.  Rasio supersaturasi  yang  digunakan  C/C 0   =  1.05.  Kecepatan pertumbuhan  kristal,  G  =  4     10 -8   m/s. Jika  kecepatan  produksi  kristal  =  15  kg/jam,  hitung kecepatan  nukleasi  dan  gambar  distribusi  massa diferensial  dari  kristal  yang  dihasilkan.

Slide28PENYELESAIANHubungan antara ukuran dominan dengan besaran lain:

Slide29Untuk kecepatan produksi 15 kg/jam:(20) Kecepatan nukleasi dihitung dengan persamaan (20): = 2,595    10 10  nuklei/m 3  jam

Slide30Dengan:Maka: Distribusi massa diferensial dinyatakan dalam pers. (16): (28)