CHAPTER13 Liquid – Liquid Extraction Coulson and Richardson’s CHEMICAL ENGINEERING VOLUME 2 FIFTH EDITION Particle Technology and Separation Processes

1. Coulson and Richardson’s
CHEMICAL ENGINEERING VOLUME 2 FIFTH EDITION
Particle Technology and Separation Processes
BKU Teknologi Lingkungan
Program Studi Teknik Kimia Pascasarjana
Universitas Sriwijaya

2. Pemisahan komponen dari campuran cair dengan tratment
dengan pelarut dimana satu atau lebih komponen yang
diinginkan adalah istimewa larut dikenal sebagai ekstraksi cair -
cair - sebuah operasi yang digunakan, misalnya, dalam
pengolahan cairan tar batubara dan dalam produksi bahan
bakar dalam industri nuklir, dan yang telah diterapkan secara
luas untuk pemisahan hidrokarbon dalam industri perminyakan.
Dalam operasi ini, adalah penting bahwa umpan-campuran
cairan dan pelarut setidaknya sebagian jika tidak benar-benar
bercampur dan, pada dasarnya, tiga tahap yang terlibat: (a)
Membawa campuran pakan dan pelarut ke dalam kontak intim,
(b) pemisahan dua fase yang dihasilkan, dan (c) Penghapusan
dan pemulihan pelarut dari masing-masing fase.

3. Hal ini dimungkinkan untuk menggabungkan tahap
(a) dan (b) ke dalam satu bagian dari peralatan
seperti kolom yang kemudian dioperasikan secara
kontinyu. Operasi semacam ini dikenal sebagai
menghubungi diferensial. Ekstraksi cair - cair juga
dilakukan dalam peralatan stagewise, contoh
utama menjadi mixer - Unit pemukim di mana fitur
utama adalah pencampuran dua fasa cair dengan
pengadukan, diikuti dengan menetap di wadah
yang terpisah oleh gravitasi. Proses mencampur
dua cairan dengan pengadukan adalah cukup
penting dan topik yang dibahas secara rinci dalam
Volume 1, Bab 7.

4. (a) Dimana distilasi akan membutuhkan
jumlah berlebihan panas, seperti, misalnya,
ketika volatilitas relatif dekat kesatuan. (b)
Ketika pembentukan azeotrop membatasi
tingkat pemisahan diperoleh dalam distilasi.
(c) Ketika pemanasan harus dihindari. (d)
Bila komponen yang akan dipisahkan sangat
berbeda di alam.

5. Aplikasi penting dari ekstraksi cair - cair meliputi pemisahan aromatik dari bahan
bakar minyak berbasis minyak tanah untuk meningkatkan kualitas pembakaran dan
pemisahan aromatik dari parafin fi n dan senyawa naftenat untuk meningkatkan
karakteristik suhu-viskositas minyak pelumas. Hal ini juga dapat digunakan untuk
memperoleh, misalnya, yang relatif murni seperti benzena, toluena, dan xilena dari
katalitik berkurang pasangan untuk- dalam industri minyak, dalam produksi asam
asetat anhidrat, dalam ekstraksi fenol dari minuman keras tar batubara , dan di
industri metalurgi dan bioteknologi. Dalam semua proses ekstraksi, fitur penting
adalah sifat selektif pelarut, dalam pemisahan senyawa berdasarkan perbedaan
kelarutan, daripada perbedaan volatilitas seperti pada distilasi. Dalam beberapa
tahun terakhir, telah menjadi mungkin untuk menggunakan teknik komputerisasi
untuk membantu dalam pilihan pelarut dengan selektivitas yang diperlukan dan
untuk "merancang" struktur molekul yang tepat

6. (a) Mereka melibatkan pertukaran kation seperti, misalnya,
ekstraksi logam dengan asam karboksilat; (b) Mereka melibatkan
pertukaran anion, seperti ekstraksi anion yang melibatkan logam
dengan amina, dan (c) Mereka melibatkan pembentukan senyawa
aditif, misalnya, ekstraksi dengan senyawa organo-fosfor netral.
Sebuah operasi penting dari jenis ini adalah pemurnian uranium
dari nitrat dengan tri-n-butil fosfat

7. Proses purifikasi logam menjadi minat khusus dalam hal itu
melibatkan kation pengaplikasian prinsip-prinsip dari kedua
kimia dan kimia teknik dan memerlukan evaluasi biaya alternatif.
Sebuah teknologi baru sehubungan dengan ekstraksi,
dikembangkan dalam dekade terakhir, telah penggunaan
superkritis atau dekat superkritis sebagai pelarut fluid. Dalam
bioteknologi, banyak dari pelarut organik biasa akan
menurunkan produk sensitif, seperti protein; ini telah
menyebabkan penggunaan ekstraktan "ringan" berair berbasis,
seperti air - polietilen glikol - campuran fosfat, yang akan partisi
dan berkonsentrasi produk di salah satu dari dua lapisan berair
yang terbentuk. Penggunaan fluida superkritis dan ekstraktan
berair berbasis dibahas dalam Bagian 13.8

8. Tiga langkah yang disebutkan dalam Bagian
13.1, diperlukan dalam semua cairan - operasi
ekstraksi cair, dapat dilakukan baik sebagai
batch atau sebagai suatu proses yang
berkesinambungan.
Dalam proses batch tunggal-tahap diilustrasikan
pada Gambar 13.1, pelarut dan zat terlarut
dicampur bersama-sama dan kemudian
dibiarkan untuk memisahkan ke dalam dua
tahap - ekstrak E mengandung zat terlarut yang
diperlukan dalam ditambahkan pelarut dan
raffinate R, zat terlarut melemah dengan
beberapa pelarut yang terkait. Dengan
pengaturan ini pencampuran sederhana dan
pemisahan terjadi di wadah yang sama.

9. Sebuah operasi dua-tahap kontinu ditunjukkan pada Gambar 13.2, di
mana mixer dan pemisah ditunjukkan sebagai pembuluh yang terpisah.
Ada tiga bentuk utama dari peralatan. Pertama ada mixer-settler seperti
yang ditunjukkan pada Gambar 13.1, kedua, ada jenis kolom desain
dengan nampan atau packing seperti dalam distilasi dan, ketiga, ada
berbagai unit dilengkapi dengan alat berputar seperti Scheibel dan
extractor Podbielniak . Dalam semua kasus, unit ekstraksi diikuti dengan
distilasi atau operasi serupa dalam rangka untuk memulihkan pelarut dan
zat terlarut. Beberapa indikasi bentuk pengaturan ini alternatif dapat dilihat
dengan mempertimbangkan dua proses sebagaimana dimaksud dalam
Section 13.1.

10. Salah satu sistem untuk memisahkan benzena, toluena, dan
kelompok xilena dari cahaya feed-stocks yang ditunjukkan pada
Gambar 13.3, di mana n-metilpirolidon (NMP) dengan
penambahan beberapa glikol digunakan sebagai pelarut.
Umpan akan diteruskan ke extractor multistage diatur sebagai
menara dari mana aromatik bebas raf fi nate diperoleh di bagian
atas. Aliran ekstrak yang mengandung pelarut, aromatik, dan
didih rendah non-aromatik disuling untuk memberikan aliran
extractor recycle sebagai produk atas, dan campuran aromatik
dan pelarut di bagian bawah. Aliran ini lolos ke stripper dari
mana glikol dan aromatik pulih. Ini adalah sistem yang kompleks
yang menggambarkan kebutuhan untuk daur ulang hati-hati dan
pemulihan pelarut.

12. Konsentrasi asam akrilik dengan ekstraksi dengan etil asetat adalah ilustrasi
yang agak berbeda dari teknik ini. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 13.4,
larutan asam akrilik encer konsentrasi sekitar 20 persen diumpankan ke
bagian atas kolom ekstraksi 1, pelarut etil asetat diumpankan di di pangkalan.
Asetat yang mengandung asam akrilik terlarut dan air daun dari atas dan
diumpankan ke kolom distilasi 2, di mana asetat akan dihapus sebagai
azeotrop dengan air dan asam akrilik kering kembali sebagai produk dari
bawah.

13. Ini dapat dilihat dari ilustrasi ini bahwa proses ekstraksi sukses
tidak harus dinilai hanya dengan kinerja unit ekstraksi saja,
tetapi penilaian pemulihan dicapai oleh seluruh pabrik. Aspek
proses mungkin rumit jika reaksi kimia yang terlibat. Bagian dari
pabrik pencampuran dan untuk pemisahan harus
dipertimbangkan bersama-sama ketika menilai biaya kapital.
Biaya pelarut organik yang digunakan dalam proses metalurgi
mungkin juga tinggi. Mekanisme transfer zat terlarut dari satu
fase ke yang kedua adalah salah satu dari difusi molekuler dan
eddy dan konsep kesetimbangan fasa, luas antarmuka, dan
pembaharuan permukaan semua sama pada prinsipnya dengan
yang bertemu di distilasi dan penyerapan, meskipun, dalam
cairan - ekstraksi cair, dispersi dipengaruhi dengan cara
mekanis termasuk pemompaan dan agitasi, kecuali dalam
kolom standar dikemas.

14. Dalam merumuskan kriteria desain untuk peralatan ekstraksi, perlu
untuk memperhitungkan kondisi kesetimbangan untuk distribusi zat
terlarut antara fase karena hal ini menentukan tingkat maksimum
pemisahan mungkin dalam satu panggung. Resistensi terhadap
difusi dan, dalam kasus efek kimia, kinetika juga penting dalam
bahwa menentukan waktu tinggal yang diperlukan untuk membawa
dekat ekuilibrium dalam unit tahap-bijaksana, atau tinggi suatu unit
transfer dalam kontaktor diferensial. Transfer rate diberikan oleh
persamaan diterima:
di mana k adalah perpindahan massa koefisien dan C konsentrasi
mengemudi kekuatan. Nilai tinggi dari k dapat diperoleh hanya jika
kondisi turbulen atau eddy menang dan, meskipun ini mungkin mudah
dicapai dalam fase kontinyu oleh beberapa bentuk agitasi, sangat sulit
untuk menghasilkan pusaran di tetes yang merupakan fase terdispersi

15. Kondisi ekuilibrium untuk distribusi satu zat terlarut antara
dua fasa cair secara strategis dipertimbangkan dalam hal
hukum distribusi. Dengan demikian, pada kesetimbangan,
rasio = K’ dari konsentrasi zat terlarut dalam dua fase
diberikan oleh CE / CR, di mana K’ adalah konstanta
distribusi. Hubungan ini akan berlaku secara akurat hanya
jika kedua pelarut dapat bercampur, dan jika tidak ada
asosiasi atau disosiasi zat terlarut. Jika zat terlarut
membentuk molekul berat molekul yang berbeda, maka
hukum distribusi berlaku untuk setiap spesies molekul.
Dimana konsentrasi kecil, hukum distribusi biasanya
memegang tidak memberikan reaksi kimia terjadi.

16. (a) Sebuah solution homogen dapat dibentuk dan
pelarut yang dipilih kemudian tidak cocok.
(b) Pelarut mungkin sama sekali tidak bercampur
dengan pelarut awal.
(c) Pelarut mungkin sebagian larut dengan pelarut asli
mengakibatkan pembentukan satu pasang cairan
sebagian larut.
(d) Pelarut baru dapat menyebabkan pembentukan dua
atau tiga cairan sebagian larut

17. Kemungkinan ini, jenis (b), (c), dan (d) semua
menimbulkan sistem yang dapat digunakan,
meskipun orang-orang dari jenis (b) dan (c) yang
paling menjanjikan. Dengan kondisi tipe (b),
hubungan ekuilibrium secara strategis ditunjukkan
oleh plot konsentrasi zat terlarut dalam satu fase
terhadap konsentrasi pada fase kedua. Kondisi
yang diberikan oleh (c) dan (d) biasanya diwakili
oleh diagram segitiga. Segitiga sama sisi
digunakan, meskipun tidak tertutup kemungkinan
untuk menggunakan siku-siku segitiga sama kaki,
yang dibahas dalam Bab 10.

18. Sistem, aseton (A) -Air (B) - metil isobutil keton (C), seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 13.5, adalah tipe (c). Berikut zat terlarut A benar-benar larut dengan dua
pelarut B dan C, meskipun dua pelarut hanya sebagian larut dengan satu sama lain.
Campuran yang ditunjukkan oleh titik H terdiri dari tiga komponen A, B dan C dalam
rasio perpendiculars HL, HJ, HK. Jarak BN merupakan kelarutan pelarut C di B, dan
MC yang dari B di C. Daerah di bawah garis melengkung NPFQM, kurva kelarutan
binodal, merupakan daerah dua fase yang akan dibagi menjadi dua lapisan dalam
kesetimbangan dengan masing-masing lainnya. Lapisan ini memiliki komposisi yang
diwakili oleh titik-titik P dan Q, dan PQ dikenal sebagai "garis dasi". Garis tersebut,
dua di antaranya ditunjukkan dalam diagram, menghubungkan komposisi dari dua
fase dalam kesetimbangan dengan satu sama lain, dan komposisi ini harus
ditemukan dengan pengukuran praktis. Ada satu titik pada kurva binodal di F yang
merupakan fase tunggal yang tidak dibagi menjadi dua tahap. F dikenal sebagai titik
anyaman, dan ini juga harus ditemukan oleh pengukuran eksperimental. Titik
anyaman adalah fi xed jika salah suhu atau tekanan yang tetap. Dalam area di
bawah kurva, suhu dan komposisi satu fase akan fi x komposisi yang lain.
Menerapkan aturan fase ke sistem tiga-komponen pada suhu dan tekanan konstan,
jumlah derajat kebebasan adalah sama dengan 3 dikurangi jumlah fase. Di daerah
di mana hanya ada satu fase cair, ada dua derajat kebebasan dan dua komposisi
harus dinyatakan. Dalam sistem di mana ada dua fasa cair, hanya ada satu derajat
kebebasan.

19. XZ/ZY = (amount of Y)/(amount of X).
Demikian pula, jika ekstrak Y dihapus, dari campuran Z cairan yang
tersisa akan memiliki komposisi X.

21. Sementara diagram ini digunakan cukup besar dalam
menyajikan data kesetimbangan, Gambar 13.8 dalam
banyak cara yang lebih berguna untuk menentukan
selektivitas pelarut, dan jumlah tahap yang mungkin
diperlukan. Pada Gambar 13.8 persentase zat terlarut
dalam satu fase diplot terhadap persentase di tahap kedua
dalam kesetimbangan dengan itu. Ini sama dengan
merencanakan komposisi di kedua ujung garis tie. Faktor
penting dalam menilai nilai pelarut adalah rasio
konsentrasi komponen yang diinginkan dalam dua tahap,
daripada konsentrasi sebenarnya. Rasio selektivitas
mungkin didefinisikan dalam hal baik massa atau fraksi
mol sebagai:
Dimana XA dan XB adalah fraksi massa atau mol A dan B dalam dua fase E dan
R

22. Untuk beberapa sistem β cenderung substansial konstan, meskipun lebih biasanya
bervariasi dengan konsentrasi. Sedangkan selektivitas memiliki sama signifikansi
dalam ekstraksi sebagai relatif volatilitas telah di distilasi, sehingga kemudahan
pemisahan secara langsung berkaitan dengan nilai numerik dari β.Asβ pendekatan
kesatuan, jumlah yang lebih besar dari tahap yang diperlukan untuk tingkat tertentu
pemisahan dan biaya modal dan operasional meningkat Sejalan. Ketika β = 1
pemisahan apapun tidak mungkin.

23. 13.4.1. Kontak co-saat ini dengan pelarut sebagian
larut
Dalam menghitung jumlah tahap yang ideal
diperlukan untuk tingkat tertentu pemisahan,
kondisi ekuilibrium yang diungkapkan oleh salah
satu metode yang dibahas dalam Bagian 13.3
digunakan. Jumlah tahap di mana peralatan kontak
satu atau beberapa terlibat dianggap pertama, dan
kemudian desain peralatan di mana perubahan
konsentrasi kontinu dibahas.

25. Dalam hal ini, yang diilustrasikan pada Gambar 13.12, diagram
segitiga tidak diperlukan. Jika solusi awal berisi massa A pelarut A
dengan rasio X massa zat terlarut, maka f pelarut selektif yang
akan ditambahkan akan menjadi massa S pelarut S. Pada
pencampuran dan memisahkan, raffinate diperoleh dengan pelarut
A mengandung rasio X massa zat terlarut, dan 1 ekstrak dengan S
pelarut yang mengandung rasio massa Y zat terlarut.
Keseimbangan material pada 1 zat terlarut memberikan:

29. Jika serangkaian pencampuran dan memisahkan pembuluh ini diatur sedemikian
rupa sehingga aliran adalah arus balik, maka kondisi aliran dapat diwakili seperti
yang ditunjukkan pada Gambar 13.13, di mana setiap lingkaran sesuai dengan
mixer dan pemisah. Solusi awal F zat terlarut B dalam pelarut A diumpankan ke unit
pertama dan meninggalkan sebagai raffinate R. Aliran ini melewati 1 unit dan
meninggalkan dari unit n sebagai aliran R. S pelarut segar memasuki unit n n dan
lewat di arah sebaliknya melalui unit, meninggalkan sebagai ekstrak E.

36. Dalam hal ini penataan peralatan adalah
sama seperti untuk pelarut bercampur
meskipun, seperti jumlah pelarut dalam
ekstrak dan raffinate aliran yang bervariasi,
kesetimbangan bahan diambil untuk total
aliran masuk dan meninggalkan setiap tahap

39. Sebuah garis yang ditarik dari R melalui M untuk memberikan E
pada kurva binodal dan E1F dan SRn ke bertemu di tiang P.
Dapat dicatat bahwa P merupakan campuran imajiner, seperti
yang dijelaskan untuk masalah leaching dibahas dalam Bab 10.
dalam tahap yang ideal, ekstrak meninggalkan E1 dalam
kesetimbangan dengan raffinate R1, sehingga titik R1 pada
akhir dari garis tie melalui E1. Untuk menentukan ekstrak E2,
PR1 ditarik untuk memotong kurva binodal di E2. Poin R2, E3,
R3, E4, dan sebagainya, dapat ditemukan dalam cara yang
sama. Jika garis tie final, mengatakan ER4, tidak melewati Rn,
maka jumlah pelarut ditambahkan adalah salah untuk
perubahan yang diinginkan dalam komposisi. Secara umum, ini
tidak membatalkan metode, karena memberikan jumlah yang
diperlukan tahapan ideal dengan ketepatan yang mencukupi.

42. Thank You