electrochemical synthesis
Electrochemical synthesis (sintesis elektrokimia) adalah penggunaan energi listrik untuk mendorong perubahan kimia dengan menggunakan listrik untuk menggantikan reagen kimia beracun dan mahal. Hal ini memungkinkan sintesis yang lebih bersih dan lebih murah dengan efisiensi produksi yang lebih besar dan biaya yang lebih rendah.
Elektrolisis berperan dalam pembuatan beberapa bahan kimia anorganik kunci pada skala industri dan skala pembuatan bahan kimia organik yang lebih kecil. Klorin, alkali, logam, hidrogen, oksigen, dan oksidator kuat seperti KMnO4, F2, dan Cu2O dibuat dengan cara ini. Proses elektroorganik skala komersial atau berpotensi komersial tercantum dalam Tabel di bawah yang menyiratkan bahwa banyak penelitian sedang dilakukan di pabrik percontohan dan mungkin akan berjalan dalam waktu dekat.
Skema Elektrolisis
Elektrolisis adalah proses perubahan kimia akibat elektron mentransfer reaksi melintasi permukaan elektroda/larutan. Tegangan listrik diterapkan antara dua elektroda di sel elektrolit untuk memicu reaksi ini.
Mengacu pada gambar di atas, bahan baku proses elektrolisis diatas adalah air garam NaCl yang diumpankan ke ruang anolit antara anoda dan membran kation permeabel (garis putus-putus pada gambar). Ion klorida (CL–) dioksidasi menjadi gas klorin (CL2) pada permukaan anoda dan air (H2O) direduksi menjadi gas hidrogen dan ion hidroksida (OH–) di katoda. Untuk menjaga keseimbangan beban, migrasi ion harus terjadi, dan membrannya dirancang untuk memfilter Na+ supaya masuk dari anolit ke katolit. Sebagai hasilnya, natrium hidroksida (NaOH) terbentuk di ruang katolit. Untuk menjaga keseimbangan muatan, laju transfer elektron pada kedua elektroda harus sama. Oleh karena itu setiap mol klorin yang terbentuk, dua mol NaOH juga harus diproduksi. Selain itu, dapat dilihat bahwa laju perubahan kimia adalah sebanding dengan arus sel dan jumlah total produk dihitung dari beban yang diatur dalam Hukum Faraday.
Contoh Aplikasi Elektrolisis Pada Industri
Pembuatan Aluminium
2AL2O3 + 3C → 4Al + 3CO2 (Arus DC)
Satu elektroda di dalam sel terbuat dari karbon dan bekerja pada proses suhu tinggi. Pertimbangan yang mempengaruhi efisiensi sel elektrolisis dan penghematan konsumsi adalah suhu, jarak antara elektroda, bahan elektroda, konsumsi elektrolit, ukuran sel, sumber bahan baku, dan tingkat produksi. Jelas, keterampilan teknik diperlukan untuk memahami elektrolisis dan mencapai produksi yang optimal.
Penghilangan Nitrat dalam Air untuk Air Minum
Perkembangan besar dalam dua puluh tahun terakhir telah diperkenalkannya pabrik elektrodialisis skala besar untuk produksi air minum. Ini bisa menjadi industri besar yang menghasilkan beberapa ribu meter kubik air berkualitas per hari dari bahan baku payau dan puluhan ribu meter persegi membran dengan hingga 500 membran berpasangan pada setiap unit sel.
Perkembangan lebih lanjut yang menarik adalah membran dengan beberapa selektivitas transportasi ion. Salah satu membran tersebut adalah Neosepta ACS (Tokuyama Corp.) yang memberikan selektivitas untuk NO3– sehubungan dengan SO42-. Eurodia Industrie S.A. telah mempekerjakan membran ini dalam unitnya untuk menghilangkan nitrat dari air minum (nitrat dalam air minum adalah masalah yang semakin meningkat, terutama dalam Eropa). Eurodia Industrie juga berusaha meningkatkan desain komponen sel dan telah mengoptimalkan desain ke dalam tumpukan elektrodialisis untuk 5 pabrik komersial di seluruh Eropa. Hal ini menghasilkan 250 – 4000 m3 olahan air per hari dan mengandung 200 – 4000 m2 membran, biasanya dalam 2 – 4 tumpukan. Biasanya, mereka mengurangi tingkat nitrat dari 100 – 150 ppm hingga 10 – 30 ppm. Berdasarkan tumpukan elektrodialisis EUR 20, biaya investasi bervariasi antara $150 – 300 m-3 per hari tergantung tanaman ukuran (500 – 4000 m3 air olahan per hari) dan fraksi nitrat dihilangkan (0,65 – 0,85). Total biaya operasi, termasuk penggantian membran dan konsumsi daya listrik, terletak pada kisaran $0,05 – 0,10 m-3.
Pembuatan Antibiotik Cephalosporin
Proses ini memiliki katoda dibuat dengan mengelas mesh Sn yang diperluas ke kedua sisi pelat Sn, luas katoda sebesar 0,42 m2. Unit ini memiliki membran pertukaran kation perfluorinated stabil DuPont dan anoda titanium berlapis katalis cocok untuk evolusi O2 ditempatkan di kedua sisi katoda. Sirkuit aliran didasarkan pada satu anolit fiberglass 100 galon (0,5 Tangki M H2SO4), polietilen 30 galon tangki katolit, heat exchanger, dan pendingin sirkulasi. Sistem yang digunakan 1000 A power supply dan sejumlah perangkat dan sensor keamanan untuk shutdown otomatis jika terjadi malfungsi proses. Pabrik percontohan dioperasikan secara batch tetapi tanpa pengawasan selama elektrolisis; setiap batch dikonversi ~ 3 kg bahan awal. Dengan kerapatan arus 1,2 – 2,0 kA m-2, waktu batch adalah 10 – 12 jam; konversi adalah 99% dan bahan kimia hasil ~ 95%. Perkembangan proses dari awal skala laboratorium sampai selesai uji coba pabrik percontohan memakan waktu 20 bulan.
Penyepuhan Logam
Agar produk logam terhindar dari korosi biasanya dilapisi dengan lapisan tipis logam lain yang lebih tahan korosi dan mengkilat. Salah satu cara melapisinya adalah dengan elektrolisis. Benda yang akan dilapisi dipasang sebagai katoda dan potongan logam penyepuh dipasang sebagai anoda yang dibenamkan dalam larutan elektrolit dari logam penyepuh dan dihubungkan dengan sumber arus listrik DC.
Proses elektrolis di atas sangat berkaitan dengan aliran fluida. Analisis tentang fluida perlu dirancang pada proses ini. Metode analisis yang sering digunakan adalah metode Computational Fluid Dynamics (CFD). CFD adalah metode menyelesaikan persamaan-persamaan mekanika fluida bahkan reaksi kimia pada elektrolisis yang ada menggunakan komputer, sehingga diperoleh hasil yang komprehensif dan detail.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI
>> YOUTUBE PT TENSOR
>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !
Kontributor: Daris Arsyada
Sumber:
Walas, Stanley M. 1990. Chemical Process Equipment: Selection and Design. Stoneham: Butterworth-Heinemann.
https://electrosynthesis.com/wp-content/uploads/2015/11/guide-to-electrochemical-technology.pdf (diakses pada tanggal 1 September 2021)
https://www.nafiun.com/2013/07/aplikasi-kegunaan-sel-elektrolisis-dalam-kehidupan-sehari-hari.html (diakses pada tanggal 1 September 2021)
Separasi dengan difusi termal
Pemisahan/separasi campuran berdasarkan perbedaan difusivitas termal hadir hanya untuk tujuan analitis atau untuk produksi pada skala yang sangat kecil dari zat yang tidak dapat dipulihkan dengan mudah. Namun demikian, topik ini menarik bagi insinyur proses sebagai teknik pilihan terakhir.
Difusi termal adalah gerakan relatif dari komponen campuran atau larutan gas, yang terbentuk ketika ada gradien suhu dalam suatu media. Difusi termal dalam cairan memiliki istilah alternatif, efek Soret, dinamai ilmuwan Swiss, yang menyelidiki difusi termal dalam larutan pada tahun 1879–1881. Difusi termal dalam gas secara teoritis diprediksi oleh Chapman dan Enskog (1911–1917) berdasarkan teori kinetik gas, dan kemudian ditemukan secara eksperimental oleh Chapman dan Dutson pada tahun 1917.
Konstruksi dasar sel difusi termal horizontal adalah sketsa pada Gambar (a). Ketika gas akan dipisahkan, jarak antara pelat bisa beberapa mm; untuk zat cair adalah nol koma sekian mm. Efek pemisahan difusi termal dan arus konveksi ditumpangkan dalam peralatan Gambar (b), yang disebut termogravitasi atau kolom Clusius-Dickel yang ditemukan pada tahun 1938. Tersedia kolom komersial yang digunakan untuk tujuan analisis ada pada Gambar (c). Beberapa kolom seperti itu secara seri diperlukan untuk pemisahan tingkat tinggi.
Clusius dan Dickel menggunakan kolom sepanjang 36 m untuk membuat 99+% murni isotop klorin dalam HCl. Kaskade pada gambar dibawah memiliki total panjang 14 m; sebagian besar diameter annular adalah 25,4 mm, dan lebar annular berkisar dari 0,18 hingga 0,3 mm. Kaskade digunakan untuk memulihkan isotop berat belerang dalam karbon disulfida; laju produksi konsentrat 90% dari isotop berat dapat mencapai 0,3 g/hari.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI
>> YOUTUBE PT TENSOR
>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !
Kontributor: Daris Arsyada
Sumber:
Walas, Stanley M. 1990. Chemical Process Equipment: Selection and Design. Stoneham: Butterworth-Heinemann.
sublimation (penyubliman) and freeze drying
Freeze drying atau lyophilization (liofilisasi) adalah proses dimana air dihilangkan dari produk melalui penyubliman dan desorpsi. Proses ini terdiri dari, pertama, membekukan produk dan kemudian mengeksposnya ke vakum tinggi untuk menyublimkan es.
Liofilisasi dikenal dan digunakan sebagai teknologi laboratorium pada abad kesembilan belas. Awalnya, proses freeze drying digunakan hanya dalam industri farmasi untuk mendapatkan antibiotik, sel, dan produk terkait lainnya. Tidak sampai pertengahan abad kedua puluh freeze drying mulai akan digunakan dalam industri makanan. Saat ini, pengeringan beku dianggap sebagai alternatif untuk mengawetkan makanan.
Komponen Dasar Freeze Dryer
Freeze dryer umumnya dirancang dengan empat komponen dasar: ruang pengering, pompa vakum, sumber panas, dan kondensor. Pemilihan dan pengoperasian yang benar dari komponen sangat penting untuk mencapai proses liofilisasi yang baik dan tergantung pada persyaratan masing-masing produk.
Ruang pengering (Drying chamber) adalah tempat produk beku ditempatkan. Trays (nampan) di interior memerlukan kontrol suhu karena proses pemanasan dan pendinginan berlangsung di dalam ruangan. Selain itu, pompa vakum diperlukan untuk menghilangkan gas yang tidak terkondensasi dari ruang dan mencapai tingkat vakum yang diinginkan, yaitu di bawah 0,61 kPa (4,58 mm Hg atau 0,006 atm). Sumber pemanas menyediakan panas laten sublimasi setelah produk beku sudah pada kondisi vakum tinggi. Suhu sumber pemanas dapat bervariasi antara 243,15 dan 423,15 K (30 hingga 150 oC). Fungsi kondensor adalah mengumpulkan uap air yang dikeluarkan oleh sublimasi es di dalam produk, dan kondensor harus memiliki permukaan dan kapasitas pendinginan cukup untuk membekukan semua uap yang dihasilkan selama proses penyubliman. Uap air kontak dengan permukaan kondensor dan berubah menjadi kristal es yang melepaskan energi. Setelah itu, kristal dikeluarkan dari sistem. Biasanya, suhu operasional kondensor dalam pengering beku komersial adalah sekitar 208,15 K (65 C).
Tahap-tahap Freeze Drying
Tahap Pembekuan
Pada tahap pembekuan awal, produk didinginkan sampai suhu di bawah titik eutektiknya, yaitu komposisi dan kombinasi suhu yang menghasilkan titik terendah di mana produk membeku. Tujuan dari tahap ini adalah untuk membekukan semua air bergerak yang semula ada dalam produk. Selama tahap pembekuan, disarankan untuk mencapai suhu lebih rendah dari suhu transisi kaca (Tg) untuk setiap tingkat kelembaban. Di atas Tg, produk makanan berada di keadaan elastis atau cair yang tidak stabil; namun, di bawah Tg, produk berubah menjadi keadaan seperti kaca atau padatan amorf.
Tahap Pengeringan
Tahap pengeringan dilakukan dalam dua fase. Pada fase pengeringan primer, produk beku dipanaskan dalam kondisi vakum untuk menghilangkan es dengan penyubliman dan menjaga produk makanan di bawah Tg. Perlu diketahui bahwa nilai Tg terus berubah seiring dengan penurunan kadar air. Jika suhu di ‘ice front’ lebih tinggi dari Tg, air dihilangkan dengan proses sublimasi dan evaporasi. Selama fase pengeringan primer, 90% air dalam makanan dihilangkan dengan proses sublimasi. Air yang tersublimasi pada fase ini terdiri dari semua air bebas dan sebagian air yang terikat dalam makanan.
Selama fase pengeringan sekunder, bahan yang tidak dibekukan air terikat dihilangkan dengan desorpsi dari lapisan kering produk. Hasil dari proses perpindahan massa ini adalah makanan produk dengan kadar air antara 1% dan 3%. Tahap akhir ini dicapai dengan meningkatkan suhu dan mengurangi tekanan uap di dalam ruangan. Pengeringan sekunder membutuhkan hingga 50% dari waktu yang dibutuhkan untuk pengeringan primer karena tekanan rendah dari residu air terikat dibandingkan dengan air bebas pada kondisi proses yang sama (temperatur dan tekanan), sehingga prosesnya lama. Satu kali pengeringan sekunder berakhir yaitu ketika semua air bebas dan air terikat dihilangkan. Proses freeze drying selesai setelah pengeringan sekunder.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI
>> YOUTUBE PT TENSOR
>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !
Kontributor: Daris Arsyada
Sumber:
Walas, Stanley M. 1990. Chemical Process Equipment: Selection and Design. Stoneham: Butterworth-Heinemann.
Garcia-Amezquita, L. E., Welti-Chanes, J., Vergara-Balderas, F. T., & Bermúdez-Aguirre, D. (2016). Freeze-drying: The Basic Process. Encyclopedia of Food and Health, 104–109. doi:10.1016/b978-0-12-384947-2.00328-7
foam separation (Pemisahan busa)
Foam (Busa) adalah dispersi gas dalam jumlah cairan yang relatif kecil. Ketika foam masih di permukaan cairan dari mana mereka terbentuk, mereka juga disebut buih. Ukuran gelembung berkisar dari sekitar 50 mikro meter hingga beberapa mm.
Foam seperation adalah proses menghilangkan komponen campuran cair menggunakan gas yang digelembungkan dan surfaktan untuk mengumpulkan bahan. Surfaktan adalah bahan kimia yang membantu menghasilkan busa tanpa bereaksi secara kimia dengan larutan. Banyak bahan dapat dihilangkan dari cairan menggunakan metode pemisahan busa, termasuk logam mulia, protein, dan kotoran dari air. Foam separation adalah metode paling efektif untuk penghapusan zat kecil dari kotoran terlarut. Dalam pemurnian air limbah misalnya, kotoran dapat dikurangi dari zat yang diukur dari jutaan zat hingga miliaran zat kotoran.
Foam separation dibagi menjadi dua yaitu: Foam fractionation dan Froth Flotation
Foam Fractionation
Fraksinasi busa merupakan salah satu teknik pemisahan gelembung adsorptif (teknik adsubble). Alat ini beroperasi melalui Adsorpsi selektif sebagian dari satu atau lebih komponen terlarut (atau mungkin koloid halus) dari campuran cair pada permukaan Gelembung, biasanya udara atau nitrogen, yang naik melalui campuran dan kemudian meluap sebagai busa. Menambahkan zat kolektor permukaan aktif dapat mengadsorpsi koligend tidak aktif permukaan lain melalui khelasi, daya tarik kontraionik, atau sebaliknya.
Garis pada Gambar mengilustrasikan fraksinasi busa kontinu dalam mode sederhana. Alternatifnya, mode pengupasan diperoleh dengan meninggikan saluran masuk umpan. Mode pengayaan diperoleh dengan mengembalikan beberapa busa yang runtuh (busa) ke atas kolom sebagai refluks eksternal. Juga, penggabungan spontan atau disengaja dalam busa naik dapat memberikan refluks internal. Fraksinasi busa sejalan dengan Distilasi fraksional dengan entrainment (endapan zat akibat zat lain) cairan.
Froth Flotation
Flotasi buih adalah proses konsentrasi penting yang secara selektif memisahkan mineral berharga hidrofobik dari limbah hidrofilik. Dalam bentuknya yang paling sederhana, flotasi buih adalah metode di mana mineral dapat “diambil” dari permukaan slurry yang berbusa dengan bantuan bahan kimia tertentu, air, dan gelembung udara.
Proses flotasi buih dipatenkan oleh E. L.Sulman, H. F. K. Pickard, dan John Ballot pada tahun 1906, 19 tahun setelah paten proses sianida pertama MacArthur and the Forests. Proses itu adalah hasil dari pengenalan cerdas dari fenomena luar biasa yang terjadi saat mereka bereksperimen dengan proses Cattermole. Ketika menjadi jelas bahwa flotasi buih dapat menyimpan ‘mineral bebas yang sangat halus’ dalam slime, dengan pemulihan yang lebih tinggi daripada yang dapat dilakukan oleh konsentrasi gravitasi di bawah kondisi yang paling menguntungkan, seperti pulp bebas lendir, flotasi buih yang ditempa untuk merevolusi industri pertambangan nonferrous. Prinsip flotasi buih adalah kombinasi kompleks dari hukum kimia permukaan, kimia koloid, kristalografi, dan fisika, yang bahkan setelah 50 tahun tidak dipahami dengan jelas. Hasilnya diperoleh dengan reagen kimia tertentu dan kontrol kondisi kimia. Metode ini tidak hanya mengkonsentrasikan mineral-mineral yang diberikan tetapi juga memisahkan mineral-mineral yang sebelumnya tidak dapat dipisahkan oleh konsentrasi gravitasi.
Selama proses, empat hal terjadi:
- Pengkondisian reagen terjadi untuk mencapai muatan permukaan hidrofobik pada partikel yang diinginkan
- Pengumpulan dan pengangkutan ke atas oleh gelembung yang bersentuhan dengan udara atau nitrogen
- Sebuah buih yang stabil terbentuk pada permukaan sel flotasi
- Ada pemisahan buih sarat mineral dari kolam
Proses flotasi memiliki tiga tahap:
- Roughing (Pengasaran)
- Cleaning (Pembersihan)
- Scavenging (Mengumpulkan)
Flotasi dapat dilakukan oleh berbagai jenis mesin, dalam sel atau tangki yang diaduk secara mekanis atau silinder, kolom, Sel Flotasi Jameson atau mesin flotasi penghilang tinta. Sel mekanis didasarkan pada mekanisme mixer dan diffuser besar yang dapat ditemukan di bagian bawah tangki pencampur dan memasukkan udara, memberikan aksi pencampuran. Kolom flotasi menggunakan sparger udara untuk menghasilkan udara di bagian bawah kolom tinggi, sambil memasukkan slurry di atas dan menghasilkan tindakan pencampuran juga.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!
>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI
>> YOUTUBE PT TENSOR
>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !
Kontributor: Daris Arsyada
Sumber:
Walas, Stanley M. Chemical Process Equipment: Selection and Design. Stoneham: Butterworth, 1988. Print.
https://www.911metallurgist.com/blog/froth-flotation-process (diakses pada tanggal 27 Agustus 2021)
https://www.thermopedia.com/content/776/ (diakses pada tanggal 27 Agustus 2021)