Teori Distilasi Batch

BAB I TINJAUAN PUSTAKA 1.1

Tujuan Percobaan Dengan melaksanakan praktikum Modul Teknik Fermentasi, praktikan akan

mengenal teknik pelaksanaan fermentasi dalam produksi biomassa. 1.2

Landasan Teori

1.2.1

Distilasi Distilasi adalah suatu metode operasi pemisahan suatu komponen dari

campurannya yang didasarkan pada perbedaan titik didih atau tekanan uap murni masing-masing komponen dengan menggunakan panas sebagai tenaga pemisah. Proses pemisahan pada operasi distilasi terjadi karena adanya perpindahan massa akibat kontak antar fasa uap dengan fasa cairannya. Jika kontak antar fasa dibiarkan berlangsung dalam waktu relative cukup, maka sistem akan dimungkinkan berada dalam keseimbangan fisis. Setelah keseimbangan fisis tercapai, uap segera dipisahkan dari cairannya dan dikondensasikan membentuk embun / distilat. Dalam keadaan seimbangan terdapat beda komposisi antara fasa uap dengan fasa cairannya. Komposisi komponen ringan dalam fasa uap lebih besar dibanding komposisi komponen yang sama dalam fase cairannya. Pada operasi destilasi, terjadinya pemisahan didasarkan pada gejala bahwa bila campuran zat cair dalam keadaan setimbang dengan uapnya, maka fasa uapnya akan lebih banyak mengandung komponen yang lebih mudah menguap, sedangkan faksi cairanya akan mengandung lebih sdikit komponen yang mudah menguap. Apabila uap tersebut kemudian dikondensasikan, maka akan didapatkan cairan yang berbeda komposisinya. Cairan yang didapatkan dari kondensasi tersebut mengandung lebih banyak komponen yang lebih mudah menguap (volatile) dibandingkan dengan cairan yang tidak teruapkan. Bila cairan yang berasal dari kondensasi diuapkan lagi sebagian, maka akan didapatkan uap dengan komponen volatile yang lebih tinggi.

Keberhasilan suatu operasi destilasi tergantung pada keadaan setimbang yang terjadi antara fasa uap dan fasa cair dari suatu campuran biner yang terdiri dari komponen volatile dan non-volatile. 1.2.2 Prinsip Kerja Distilasi Pemisahan komponen dari campuran cairan melalui distilasi tegantung atas perbedaan titik didih masing-masing komponen. Juga, tergantung atas konsentrasi komponen yang ada, campuran cairan akan memiliki karakteristik titik didih yang berbeda. Karenanya, proses distilasi tergantung atas

karakteristik tekanan uap

campuran cairan. Prinsip distilasi berdasarkan tiga proses yaitu perpindahan panas, evaporasi, dan kondensasi. Apabila perbedaan titik didih dari komponen tersebut relatif tinggi, maka uapnya hampir merupakan komponen murni. Akan tetapi apabila perbedaan titik didih dari komponen tersebut,tidak terlalu besar,maka uap merupakan campuran dari beberapa komponen.Kemudian uap campura tersebut dikondensasikan, kemudian zat cair hasil kondensasi, sebagian dikembalikan kedalam kolom, yang disebut dengan refluks. Cairan yang dikembalikan tersebut (refluks) diusahakan agar dapat kontak secara lawan arah dengan uap, sehingga diharapkan hasil atas (over head) akan meningkat kemurniannya. Untuk mendapatkan kondisi tersebut (kemurnian meningkat),diperlukan uap yang banyak agar dapat digunakan sebagai refluks dan hasil atas. Kondisi tersebut harus diimbangi dengan panas yang masuk pada reboiler harus besar (ditingkatkan). 1.2.3 Jenis-Jenis Distilasi Distilasi sendiri dibagi menjadi tiga jenis proses yaitu kontinyu, batch, semi batch / kontinyu. a.

Distilasi Kontinyu Proses ini berlangsung terus-menerus yaitu pertama-tama cairan campuran diumpankan ke dalam menara kolom. Selanjutnya cairan yang tidak berubah menjadi uap menuju ke bawah akibat gaya gravitasi, sedangkan cairan yang menjadi uap

bergerak ke atas. Untuk cairan ke bawah selanjutnya keluar column untuk diumpankan ke reboiler. Hasil reboiler yang berupa gas dikembalikan lagi ke dalam column dan yang tidak langsung mengalir keluar menjadi produk bawah. Untuk gas hasil distilasi selanjutnya dikondensasikan menjadi cairan yang disebut dengan produk distilasi. Sedangkan gas yang tidak terkondensasi selanjutnya dikembalikan ke dalam column distilasi untuk diproses kembali. Pada proses distilasi secara kontinyu dikenal dengan istilah bagian rectifying dan bagian stripping. Bagian rectifying adalah proses bagian atas setelah gas keluar dari column distilasi dan bagian stripping adalah proses bagian bawah setelah cairan keluar dari column distilasi. Biasanya dalam column ini digunakan untuk memisahkan umpan multikomponen untuk menghasilkan dua atau lebih produk murni. b. Distilasi Batch Pada distilasi batch, komposisi distilat sangat tergantung pada komposisi residu, jumlah tahap pada kolom dan rasio refluks operasi. Berdasarkan hal tersebut maka distilasi batch dapat beroperasi pada dua kemungkinan yaitu : 1. 2.

dengan kadar distilat konstan, rasio refluks berubah dengan rasio refluks konstan, kadar distilat berubah Proses distilasi ini merupakan proses yang paling tua yang diketahui untuk

memisahkan suatu cairan campuran. Pada zaman dahulu proses ini seering digunakan untuk menyuling minuman beralkohol, minyak parfum, untuk farmasi dan penghasil minyak tanah. Selain itu proses ini juga digunakan untuk memproduksi bahan kimia yang bagus dan spesialis. Metode ini dipakai hanya untuk sekali proses saja, setelah itu proses pembersihan alat kemudian proses distilasi dapat dimulai kembali. Sekarang ini metode distilasi batch merupakan metode yang sering digunakan dalam berbagai industri kimia. Alat pada distilasi batch berbeda bentuknya dengan alat distilasi kontinyu yaitu pada bagian stripping di distilasi kontinyu dihilangkan pada proses distilasi batch. Pada bagian ini diganti dengan aliran umpan menuju column pada distilasi batch. Selain itu pada bagian retifying output produk di distilasi kontinyu hanya satu, sedangkan pada distilasi batch ada 2 produk dan 1 produk intermediet. Alat ini digunakan pada proses distilasi batch secara konvensional. Tentu

sekarang sudah ada modifikasi terhadap metode distilasi batch saat ini dengan adanya penelitian-penelitian mengenai optimasi distilasi batch. Prinsip kerja dari distilasi bacth adalah pertama-tama umpan masuk melalui bawah column. Setelah itu dipanaskan yang mana menghasilkan gas yang akan naik keatas column. Cairan yang tidak menguap akan tetap dibawah sampai pemanasan selesai. Gas hasil pemanasan akan keluar dari column lalu dikondensasikan menjadi cairan yang diinginkan, sedangkan gas yang tidak dapat terkondensai akan dikembalikan ke column. Akan tetapi hasil dari distilasi pertama belum 100% murni. Untuk itu hasil distilasi pertama dapat didistilasi kembali untuk mendapatkan produk dengan kemurnian yang lebih tinggi dari produk sebelumnya. Modus operasi distilasi adalah distilasi curah (batch distillation). Pada operasi ini, umpan dimasukkan hanya pada awal operasi, sedangkan produknya dikeluarkan secara kontinu. -

Operasi ini memiliki beberapa kerugian: Kapasitas operasi terlalu kecil jika dilaksanakan secara kontinu. Beberapa peralatan pendukung seperti pompa, tungku/boiler, perapian atau instrumentasi biasanya memiliki kapasitas atau ukuran minimum agar dapat digunakan pada skala industrial. Di bawah batas minimum tersebut, harga peralatan akan lebih

-

mahal dan tingkat kesulitan operasinya akan semakin tinggi. Karakteristik umpan maupun laju operasi berfluktuasi sehingga jika dilaksanakan secara kontinu akan membutuhkan fasilitas pendukung yang mampu menangani fluktuasi tersebut. Fasilitas ini tentunya sulit diperoleh dan mahal harganya. Peralatan distilasi curah dapat dipandang memiliki fleksibilitas operasi dibandingkan peralatan distilasi kontinu. Hal ini merupakan salah satu alasan mengapa peralatan distilasi curah sangat cocok digunakan sebagai alat serbaguna untuk memperoleh kembali pelarut maupun digunakan pada pabrik

c.

skala pilot. Distilasi Semi-Batch / Kontinyu Proses kerja dari distilasi semi batch / kontinyu adalah menggabungkan prinsip kerja dari distilasi batch dan distilasi kontinyu. Contohnya adalah dimana terjadi kesamaan antara prinsip kerja pada proses batch, akan tetapi terdapat perbedaan pada

pengumpanan bahan baku. Dimana pengumpanan bahan baku hampir sama prinsip kerjanya pada proses distilasi kontinyu. Distilasi berdasarkan penggunaanya terdiri atas : a.

Distilasi Sederhana

Prinsipnya distilasi sederhana memisahkan dua atau lebih komponen cairan berdasarkan perbedaan titik didih yang jauh berbeda. Proses ini dilakukan dengan mengalirkan uap zat cair tersebut melalui kondensor lalu hasilnya ditampung dalam suatu wadah, namun hasilnya tidak benar-benar murni atau bisa dikatakan tidak murni karena hanya bersifat memisahkan zat cair yang titik didih rendah atau zat cair dengan zat padat atau minyak. b.

Distilasi Fraksionasi (Bertingkat) Distilasi faksional (bertingkat) memiliki

prinsip sama dengan distilasi

sederhana, hanya distilasi bertingkat ini memiliki rangkaian alat kondensor yang lebih baik, sehingga mampu memisahkan dua komponen yang memiliki perbedaan titik didih yang berdekatan. Pada dasarnya sama dengan distilasi sederhana, hanya saja memiliki kondensor yang lebih banyak sehingga mampu memisahkan dua komponen yang memliki perbedaan titik didih yang bertekanan. Pada proses ini akan didapatkan substan kimia yang lebih murni, kerena melewati kondensor yang banyak. c. Distilasi Azeotrop Distilasi azeotrop memisahkan campuran azeotrop (campuran dua atau lebih komponen yang sulit di pisahkan), biasanya dalam prosesnya digunakan senyawa lain yang dapat memecah ikatan azeotrop tersebut, atau dengan menggunakan tekanan tinggi. d. Distilasi Kering Distilasi kering memanaskan material padat untuk mendapatkan fasa uap dan cairnya. Biasanya digunakan untuk mengambil cairan bahan bakar dari kayu atau batu bata. e. Distilasi vakum Distilasi vakum memisahkan dua kompenen yang titik didihnya sangat tinggi, metode yang digunakan adalah dengan menurunkan tekanan permukaan lebih rendah dari 1 atm, sehingga titik didihnya juga menjadi rendah, dalam prosesnya suhu yang digunakan untuk mendistilasinya tidak perlu terlalu tinggi.

1.2.4

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Distilasi Faktor-faktor yang mempengaruhi distilasi adalah:

a. Sifat dari campuran, b. Karakteristik kolom, c. Jenis kolom (plate, packed, vigreuz) dan panjang kolom, d. Besaran-besaran lainnya (laju uap naik, laju cairan turun/ reflux, luas permukaan kontak antara fasa gas dan cair, dan effisiensi perpindahan massa). 1.2.5

Distilasi Batch dengan Sistem Refluk Pada proses pemisahan secara distilasi, peningkatan efisiensi pemisahan dapat

dilakukan dengan cara mengalirkan kembali sebagian produk hasil puncak dan/ atau hasil dasar, masuk kembali ke dalam kolom. Cara ini dikenal sebagai operasi distilasi dengan sistem refluk. Secara refluk dimaksudkan untuk memberi kesempatan cairan refluk dan/ atau uap refluk untuk mengadakan kontak ulang dengan fasa uap maupun fasa cairannya dalam kolom sehingga secara total, waktu kontak antarfasa semakin lama, perpindahan massa dan perpindahan panas akan terjadi kembali, distribusi suhu, tekanan dan konsentrasi di setiap fasa semakin uniform, terwujudnya keseimbangan semakin dekat. Peningkatan efisiensi pemisahan dapat ditinjau dari dua sudut pandang: 1. Untuk mencapai kemurnian yang sama, jumlah stage ideal yang dibutuhkan semakin sedikit 2. Pada penggunaan jumlah stage ideal yang sama, kemurnian produk hasil pemisahan semakin tinggi 1.2.6

Perbandingan Refluk terhadap komposisi Distilat Perbandingan refluk adalah perbandingan antara uap yang terkondensasi dan

dikembalikan sebagai cairan yang masuk ke dalam kolom dengan yang diambil sebagai distilat. Berdasarkan pengertian tersebut, semakin besarnya perbandingan refluk (R) berarti cairan yang dikembalikan (L0) akan semakin banyak. Cairan itu akan mengalami kontak ulang lebih lanjut dengan fasa uap menuju puncak kolom.

Terjadinya kontak ulang antar fasa akan menyebabkan terjadinya perpindahan panas dan massa secara simultan. Komponen yang lebih volatile lebih banyak terdapat dalam fasa uap dan keluar dari puncak kolom sebagai produk distilat. 1.2.6 Aplikasi Distilasi - Pemisahan minyak mentah menjadi bagian-bagian untuk penggunaan khusus seperti untuk transportasi, pembangkit listrik, pemanas, dll. - Pemekatan alkohol dengan penerapan panas terhadap larutan hasil fermentasi untuk menghasilkan minuman suling. - Pemisahan minya kemiri dari biji kemiri.

DAFTAR PUSTAKA C. J. Geankoplis. 1993. Transport Process and Unit ZOperations, 3rd edition. Prentice – Hall. Inc. , Englewwod Clifs. New Jersey.

Christie. J. 1993. Transport Processes and Unit Operation. Prentice-Hall PTR, New Jersey, Chapter 11 Jobsheet Praktikum Satuan Operasi, “Distilasi”, Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung Mc. Cabe, W. L.1993. Unit Operation of Chemical Engineering. Mc Graw Hill Book Co: New York. Nirmala, Dyah,dkk.2007. Modul Praktikum Operasi Teknik Kimia.ATIP: Padang. Perry’s “ Chemical Engineering Handbook”, edisi 3.