Leaching

BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

      Leaching merupakan salah satu unit operasi yang sudah lama dipakai dalam industri kimia. Leaching dalam industri kimia memegang peranan penting terutama dalam satu unit pemisah, misalnya untuk memisahkan gula dari bit dengan memakai air panas, pengambilan minyak sayur dari biji-bijian seperti kedelai dengan memakai pelarut organik dan juga banyak lagi pada produk farmasi yang didapatkan dari akar-akaran dan daun-daunan. Definisi leaching adalah proses pemisahan zat padat dengan menggunakan pelarut zat cair pada percobaan ini, campuran padatan yang dipisahkan adalah campuran garam dapur (NaCl) dengan pasir sedangkan pelarutnya adalah aquadest. Campuran garam dapur dan pasir ini mempunyai sifat berpori-pori, sehingga partikel-partikel garam yang larut dalam aquadest mudah keluar dari pori-pori pasir dan tidak memerlukan pengadukan. Syarat dari pelarut adalah melarutkan salah satu konstituen dari campuran padatan yang dipisahkan. Dalam percobaan ini dipakai pelarut aquadest karena aquades merupakan pelarut garam dapur yang baik dan tidak melarutkan pasir.

2. Tujuan  Percobaan

1.      Mempelajari hubungan antara kadar garam (NaCl) dalam larutan      dengan waktu leaching

2.      Mempelajari hubungan antara persentase garam (%NaCl) yang terekstraksi terhadap garam mula-mula (effisiensi leaching) dengan waktu leaching.

3.      Menentukan koefisien transfer massa pada proses leaching.

3. Tinjauan Pustaka

      Leaching atau ekstraksi zat padat (solid extraction) merupakan suatu proses pemisahan fraksi padat yang diinginkan dari fraksi padat yang lainnya dalam suatu campuran padat-padat, dengan menggunakan solvent cair. Dalam hal ini fraksi padat yang diinginkan bersifat larut dalam soventn sedangkan fraksi padat lainnya tidak larut.

      Untuk memisahkan komponen dari campuran zat padat atau zat cair, ada beberapa metode yang dapat dilakukan yang digolongkan pada dua kategori, yaitu:

1.      leaching atau ekstraksi zat padat (solid extraction), yaitu digunakan untuk melarutkan zat yang dapat larut dari campurannya dengan zat padat yang tidak dapat larut.

2.      ekstraksi zat cair (liquid extraction), yaitu digunakan untuk memisahkan dua zat cair yang saling bercampur dengan menggunakan suatu pelarut yang melarutkan salah satu dalam campuran tersebut.

Leaching tidak banyak berbeda dari pencucian zat dari hasil filtrasi. Dalam leaching, kuantitas zat mampu larut (soluble) yang dikeluarkan biasanya lebih banyak bila dibandingkan dengan pencucian filtrasi biasa, dan sifat-sifat zat padat mungkin mengalami perubahan dalam operasi leaching. Umpan yang berbentuk kasar, keras dan butiran-butiran besar mungkin akan terdisintegrasi menjadi bubur atau lumpur, bila bahan mampu larut yang terkandung didalamnya dikeluarkan.  (Mc. Cabe, 1990)

Dalam proses leaching dapat dijumpai dua tahap yaitu :

1.      Terjadinya kontak antara zat padat dengan zat padat yang akan di pisahkan, sehingga akan terjadi perpindahan massa dari butiran zat padat ke zat pelarut.

2.      Pemisahan yang akan menghasilkan suatu larutan yang merupakan residu campuran padatan.

Makin luas permukaan bidang kontak antara solid dengan solvent maka solid yang terekstraksi akan lebih banyak atau proses leaching akan berjalan baik. Leaching dapat dilakukan secara batch dan kontinyu. Pada umumnya leaching mempunyai tiga langkah yang harus dilakukan yaitu :

1.      Pencampuran zat padat dengan campuran yang akan di pisahkan dari zat penyusun.

2.      Penambahan zat terlarut pada langkah pertama yang menyebabkan fase campuran yang sempurna sehingga perpindahan massa dan panas berlangsung baik.

3.      Pemisahan kedua fase yang telah membentuk kesetimbangan.

Agar proses leaching dapat berjalan dengan baik, maka perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut :

1.      Campuran padatan harus mempunyai densitas yang lebih besar dari pada solvent.

2.      Campuran padatan bersifat selektif permiabel aktif sehingga terjadi kontak antara solvent yang membawa partikel-partikel.

3.      Campuran padatan mempunyai permukaan aktif sehingga terjadi kontak antara solvent dan padatannya.

4.      Partikel yang akan dipisahkan harus bisa keluar dari pori-pori dan dapat larut dalam solvent.

5.      Solvent harus merupakan cairan yang hanya dapat melarutkan konstituen yang dikehendaki saja.

Sebelum proses leaching dilakukan, terlebih dahulu harus diperhatikan sifat-sifat fisika dan kimia dari bahan yang digunakan sebagai umpan. Hal ini diperlukan untuk keperluan dalam menentukan jenis solvent dan macam peralatan yang digunakan. Maksudnya adalah untuk menghindari kerusakan alat dan demi kelancaran proses. Disamping itu, faktor lain yang mempengaruhi jalannya proses adalah faktor tekanan dan suhu., terutama pada proses kelarutan solute. Sebenarnya pengaruh tekanan pada proses kelarutan solute adalah kecil dan dapat diabaikan, kecuali pada tekanan tinggi.

Pelarut yang digunakan tergantung dari bahan padat yang akan diekstraksi, karena pada bahan itu terdapat zat dapat larut juga yang tidak dapat larut. Dengan mengetahui sifat dari bahan yang akan dipisahkan, maka dapt dipilih pelarut yang sesuai. Proses pelarutan pada temperatur tinggi akan mempercepat pelarutan solute dalam solventnya. Pada temperatur tinggi, viskositas zat menjadi rendah dan difusivitas zat menjadi besar. Hal ini sangat menguntungkan karena mempercepat pemisahan.(Treybal, R.E.,1960)

Dalam proses laeching ini, metode operasinya sangat sederhana karena dilakukan single stage operation dengan anggapan proses berjalan stedy state. Keadaan ini dapat digunakan dengan mengadakan kontak fase antara campuran zat dan solventnya sehingga memperoleh kesetimbangan fase. Selain membutuhkan waktu yang lama, cara ini juga memberikan produk yang terlalau sedikit, sehingga tidak banyak digunakan. Yang banyak digunakan adalah cara multi stage operation karena operasinya lebih sempurna dan produk yang dihasilkan lebih banyak. (Brown,G.G.,1978)

Kecepatan Leaching (Laju Leaching)

Apabila suatu bahan akan dipisahkan dari padatan menuju pelarut, maka kecepatan transfer massa dari permukaan zat padat menuju cairanadalah faktor kontrol. Hal ini sesungguhnya tidak berlawanan atau berbeda dalam fase padat, jika bahan tersebut adalah suatu bahan murni. Persamaan ini akan diperoleh jika terjadi sistem batch.

Kecepatan transfer massa zat terlarut A yang akan dipisahkan terhadap larutan dengan volume (m³) adalah

Na/A  = K_L (C_AS-C_A)

      

Neraca massa zat x pada cairan disekitar alat ektraktor proses dapat dinyatakan dengan :

  

               

dengan mengintegralkan dari K = 0 → K = t dan C_A = C_A0 → C_A = C_A

hal ini diasumsikan :

1. Ukuran benda padat berpori tetap

2.Luas permukaan kontak tiap satuan volume padatan tetap-nilai [AKl/V] di   dapat dengan membuat grafik hubungan antara :              

 

BAB II

PELAKSANAAN PERCOBAAN

                                                                                                        

A.    Alat  dan Bahan

1. Alat-alat yang digunakan :                    2. Bahan yang digunakan :

a.  Timbangan                                            a. NaCl (garam dapur )

                         b.Gelas arloji                                             b. Pasir

                         c.  Piknometer                                            c. Aquades

                                                               d. Kertas saring

Gambar Rangkaian alat: 

     Gambar 1. Rangkaian alat ekstraksi leaching

Keterangan alat :

1. Pemanas                                                         7. Penjepit

            2. Termometer                                                   8. Tabung pemanas

     a. titik didih                                                   9. Pompa vakum

     b. titik embun                                               10.Statif

3. Labu leher tiga                                              11.Labu penampung

4. Isolasi

5. Pendingin

6. Tabung pengaman

     

B. Cara Kerja

1.      Menera  piknometer

2.      Menimbang pasir dan garam dapur dengan berat masing-masing 25 gram    dan 20 gram.

3.      Mencampur pasir dan garam dapur dan membungkus dengan kertas saring dan mengukur diameternya selanjutnya memasukkan kedalam tabung sampel.

4.      Mengisi labu leher tiga dengan aquades dengan volume 250 ml.

5.      Menghidupkan pemanas dan pendingin sampai aquades mendidih dan menguap hingga uap melewati pendingin dan mengembun.

6.      Mencatat titik embun dan titik didih dan mencatat waktu mula-mula leaching (t = 0) pada saat embun atau tetesan pertama menetes kedalam tabung sampel

7.      Mematikan pemanas pada selang waktu 5 menit.

8.      Mengalirkan larutan garam yang terekstraksi kedalam labu leher tiga dengan membuka kran penjepit lalu menutup kran kembali.

9.      Menghidupkan pompa vakum untuk menghisap ekstrak yang masih tertinggal sampai tidak ada lagi ekstrak yang keluar dari tabung sampel.

10.   Mengambil larutan garam  dari labu leher tiga secukupnya dan didinginkan lalu memasukkan dalam piknometer pada suhu sesuai dengan suhu peneraan piknometer dan menimbang untuk mengetahui berat larutan.

11.  Mengukur rapat massa atau densitas larutan garam.

12. Mengulangi percobaan mulai dari langkah 5  sampai didapatkan 5 data percobaan.

C. Analisa Perhitungan

a.       Perhitungan untuk peneraan piknometer

Suhu aquadest                                                 : t         °C

Berat piknometer kosong                                : a         gr

Berat piknometer + aquadest                          : b         gr                   

Berat aquades                                                 : (b-a)   gr

Densitas aquadest  pada suhu t ^oC                  : c     gr/ml   

Volume aquadest = volume piknometer         : (b-a)/c ml

                                                                         

      b.   Perhitungan untuk mencari densitas larutan garam

            Berat piknometer kosong                                : a        gr

            Berat larutan garam + piknometer                  : d        gr

            Berat larutan garam                                         : (d-a)  gr

            Densitas larutan garam                                    :((d-a)c)/(b-a) gr/ml                                            Perhitungan mencari berat larutan garam

            volume larutan garam – volume aquades        = z  ml

            berat larutan garam                                         = (z) x ρlarutan garam

      d.   Perhitungan mencari kadar NaCl

            dihitung dengan korelasi antara densitas, suhu dan kadar NaCl (data tabel    korelasi 3-121, hal 3-94, perry).

      e.   Perhitungan mencari effisiensi leaching

            Garam terekstraksi                            =(berat larutan) (kadar NaCl )

            Effisiensi leaching                               = (garam terekstraksi/ garam mula-mula) x 100%

DAFTAR PUSTAKA 

Brown, G.G., 1973,”Unit Operation”, 3^rd edition, Jhon Willey and sons, Inc., New   York.

Perry, J.H., 1984,”Cheemical Engineering Hand Book”, 6^th  edition, Mc Graw Hill Book Company, New York.

Poerodiprojo, S.Ir., 1980,”Diktat Operasi Teknik Kimia”,Fakultas Teknik UGM,Yogyakarta.

Treyball, 1981,”Mass Transfer Operation”, 3rd edition, Mc Graw Hill Book Company, New York.