Abstrak— Jenis packing dari tahun ke tahun beragam, sehingga dapat dicari packing baru, yaitu packing serabut. Packing serabut masih memiliki pressure drop yang besar. Salah satu cara mengetahui pengaruh pressure drop serta kadar distilat terhadap void fraction adalah dengan mengubah void fraction packing serabut dalam kolom packed.
Metode penelitian ini menggunakan sistem distilasi batch dan continuous dengan menggunakan void fraction yang berbeda, yaitu 89
%, 93 %, 94 %, dan 97 %. Pada penelitian ini, digunakan etanol – air 10
% volume sebagai feed. Feed dimasukkan ke dalam kolom distilasi yang telah terisi packing serabut dengan void fraction sesuai variabel yang ditentukan.
Untuk metode batch, pada void fraction 89 %, 93 %, 94 %, dan 97 % didapatkan kadar distilat masing-masing sebesar 95 %, 92 %, 90 %, dan 75% volume. Sedangkan pressure drop pada void fraction 89
%, 93 %, 94 %, dan 97 % didapatkan sebesar 8643; 728,38; 605,62; dan 327,36 Pa/m. Untuk metode continuous pada void fraction 89 %, 93 %, 94 %, dan 97 % didapatkan kadar distilat masing-masing sebesar 89 %, 88 %, 86 %, dan 85 % volume. Sedangkan kadar bottom pada void fraction 89 %, 93 %, 94 %, dan 97 % didapatkan masing-masing sebesar 3 %, 3,5 %; 3,5 %; dan 3,5% volume. Untuk HETP pada void fraction 89 %, 93 %, 94 %, dan 97 % didapatkan sebesar 0,07; 0,14; 0,20; dan 0,54 meter.
Dalam penelitian ini, untuk metode batch didapatkan kadar distilat maksimal diperoleh, dengan void fraction sebesar 89 %, sebesar 95 % volume dan 89 % volume dengan kadar bottom 3 % volume menggunakan metode continuous dengan pressure drop sebesar 8643 Pa/m serta HETP sebesar 0,07 meter.
Kata Kunci— etanol, distilasi, packing, packed column.
I. PENDAHULUAN
U
ntuk operasi pemisahan menggunakan kolom packing, seperti proses distilasi dan adsorbsi, kinerja terbaik biasanya diperoleh dengan teknik packing yang melibatkan pressure drop rendah, efisiensi transfer massa yang baik, dan kapasitas yang besar. Penelitian terdahulu seperti G. Hebrard (2003) berjudul “Pengaruh Packing Berporositas Tinggi Baru Terhadap Hydrodynamic dan Transfer Massa Pada Kolom Bubble”. Di dalam penelitian tersebut disimpulkan bahwa packing dapat digunakan untuk mengontrol hydrodynamic dan transfer massa dari kolom bubble. Penelitian lainnya, yaitu Michel Meyer (2009) berjudul “Karakteristik Performa Packing Struktur Baru”. Di dalam penelitian tersebut, membandingkan performa hydrodynamic dan efisiensi perpindahan massa dengan packing yang biasa digunakanuntuk distilasi dan absorpsi. Koko Yuwono (2012), dengan penelitiannya yang berjudul
“Karakteristik Performa Packing Serabut Untuk Proses Distilasi”. Di dalam penelitian tersebut didapatkan propertis packing serabut dengan performa hydrodynamic dan efisiensi perpindahan massa pada packing tersebut dengan pressure drop yang tinggi. Random packing telah berkembang dengan cara yang sama. Packing ini biasanya digunakan dalam proses distilasi atau adsorbsi. Packing ini memiliki efektif area yang rendah dan pressure drop tinggi, Namun cairan terdistribusi lebih baik dan secara keseluruhan lebih murah. Random packing memiliki bentuk yang sederhana, seperti raschig-ring, Pallrings, CMRS (cascade mini rings), atau IMPTs (Strigle dan Porter, 1977), dengan ketebalan packing kecil. Penelitian tentang struktur packing yang baru, disarankan untuk memenuhi evolusi struktur packing seperti didiskripsikan diatas. Properties yang penting diantaranya adalah efektif area yang tinggi, distribusi liquid yang bagus, pencampuran gas- cair yang sempurna dan struktur yang terdiri dari material yang tipis. Menentukan performa hydrodynamic dalam bentuk pressure drop dan batas flooding dan parameter perpindahan massa. Jenis packing yang beragam dari tahun ke tahun ini, dapat dicari packing baru, yaitu packing serabut. Dalam penelitian ini, mengetahui pengaruh void fraction terhadap pressure drop dan kadar distilat, serta mendapatkan karakteristik packing serabut untuk menghasilkan kadar distilat yang diinginkan. Kelebihan dari packing serabut ini adalah biaya yang murah.
II. URAIANPENELITIAN A. Variabel Penelitian
Variabel yang digunakan dalam penelitian ini, terbagi menjadi 2 metode yaitu metode batch distillation dan metode continuous distillation dengan menggunakan void fraction 89
%, 93 %, 94 %, dan 97 %.
B. Persiapan Penelitian Batch Distillation
Pelaksanaan penelitian dilakukan dengan tahapan memasukkan packing serabut yang mempunyai void fraction sebesar 89% ke dalam Distillation Column C-101.
Memasukkan campuran etanol - air 10% volume sebanyak
Pengaruh Void Fraction Packing Serabut Pada Proses Distilasi Etanol - Air
Dita Ayunda Ciptanti, Yuniar Isnani, Nonot Soewarno, dan Siti Nurkhamidah
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail: [email protected]
3000 ml ke dalam Boiler. Mengatur suhu boiler (1100C) dengan menggunakan box controller. Menutup valve V-101.
Mengukur tekanan pada PI-101 tiap 10 menit. Mengambil sampel distilat dan bottom bila keadaan sudah steady ( jam) untuk diukur kadarnya dengan menggunakan alcohol meter. Mengulangi pelaksanaan penelitian untuk variabel void fraction 93 %, 94 %, dan 97 %.
Gambar 1 : Rangkaian Peralatan Penelitian Batch Distillation Keterangan :
(1) Box Controller (2) Distillation Column (3) Boiler
(4) Condenser (5) Pump Reflux Continuous Distillation
Memasukkan packing serabut yang mempunyai void fraction sebesar 89% ke dalam Distillation Column C-101.
Memasukkan campuran etanol - air 10% volume sebanyak 3 liter ke dalam Boiler dan tangki feed 2,5 liter. Mengatur reflux ratio. Mengatur suhu boiler (1100C) dengan menggunakan box controller. Mengambil sampel distilat dan bottom bila keadaan sudah steady ( jam) untuk diukur kadarnya dengan menggunakan alkohol meter. Mengulangi pelaksanaan penelitian untuk variabel void fraction 93 %, 94 %, dan 97 %.
Gambar 2 : Rangkaian Peralatan Penelitian Continuous Distillation
Keterangan Gambar :
(1) :Box Controller (7) : Temperature Indicator (2) :Distillation Column (8) : Tangki feed
(3) : Boiler (9) : Storage
(4) : Condenser (10) : Valve
(5) : Pump Reflux (11) : Vessel Penampung
(6) : Temperature Controller : Tangki feed
Table I. Spesifikasi Kolom Distilasi Properties Kolom Nilai Satuan
Diameter kolom (luar) 6,5 cm
Diameter kolom (dalam) 6,1 cm
Tinggi kolom 1 m
Properties Fisik Serabut Nilai Satuan Bahan stainless
Bentuk Pita tebal 0,003 cm
lebar 0,028 cm
True Density 3,07 g/ml
Propertis Packing Serabut Nilai Satuan
massa packing 55,78 g
massa serabut/pack 40,54 g
Diameter dalam 5,8 cm
Diameter luar 6 cm
Tinggi 4,6 cm
porosity (ε) 0,89
Bulk Density 0,33 g/ml
panjang serabut/pack 1571,92 m
luas permukaan 801,57 m2/m3
III. HASILDANPEMBAHASAN A. Batch Distillation
Dari penelitian ini dapat dibuat grafik antara void fraction terhadap kadar distilat dan pressure drop dengan metode distilasi batch.
Gambar 3 : Hubungan Antara Void Fraction Terhadap Kadar Etanol Distilat dan Pressure Drop dengan Metode Distilasi Batch
Berdasarkan Gambar 3 menunjukkan kadar etanol distilat mengalami penurunan seiring dengan bertambahnya void fraction, dimana metode yang digunakan adalah distilasi batch. Semakin besar void fraction, maka semakin rendah kadar etanol distilat yang diperoleh, dan semakin kecil void fraction, maka semakin tinggi kadar etanol distilat yang diperoleh. Hal ini disebabkan luas kontak antara vapor dan liquid besar dan mengakibatkan kadar distilat yang diperoleh tinggi. Pada void fraction 89 %, 93 %, 94 %, dan 97 % (6) Temperature Controller
(7) Temperature Indicator (8) Storage
(9) Valve
(10) Vessel Penampung
(6)
(8) (4)
(2) (1)
(3)
Produk Etanol
(10) (7)
(5)
(9)
(6)
(9) (4)
(2) (1)
(3)
Produk Etanol
(11) (7)
(5)
(10)
(8)
diperoleh kadar distilat berturut-turut sebesar 95 %, 92 %, 90
%, dan 75 % volume. Grafik di atas menunjukkan pula bahwa pressure drop mengalami penurunan seiring dengan bertambahnya void fraction, dimana metode yang digunakan adalah distilasi batch. Semakin besar void fraction, maka semakin rendah pressure drop, dan semakin kecil void fraction, maka semakin tinggi pressure drop. Hal ini disebabkan makin besarnya interfacial area kolom sehingga vapor yang naik ke atas akan berkontak dengan packing yang kemudian menjadi liquid dan turun ke bawah. Nilai pressure drop pada void fraction 89 %, 93 %, 94 %, dan 97 % berturut- turut sebesar 8643; 728,38; 605,62; dan 327,36 Pa/m. Dengan semakin besarnya pressure drop yang besaran void fraction semakin kecil, akan menambah beban kolom yang menyebabkan semakin besarnya energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan distilat.
Dari penelitian yang telah dilakukan maka didapatkan Height Equivalent to a Theoretical Plate (HETP) sebesar 0,07 m untuk void fraction 89 % yang dihitung dengan menggunakan persamaan:
(1) Number of theoritical stages (NTS) dapat dihitung dengan menggunakan metode McCabe-Thiele. Untuk menggunakan metode ini maka diperlukan fraksi distilat, fraksi bottom dan data kesetimbangan uap-cair untuk masing – masing void fraction. Gambar 4 merupakan metode grafik McCabe-Thiele yang menunjukkan jumlah stage teoritis untuk distilasi dengan total refluk.
Gambar 4. Mc. Cabe Thiele Void Fraction 89 % dengan Metode Distilasi Batch
Dengan menggunakan Gambar 4 maka akan didapatkan hubungan antara void fraction terhadap HETP seperti yang terlihat pada Gambar 5.
Gambar 5 : Hubungan Antara Void Fraction Terhadap HETP.
Berdasarkan Gambar 5 menunjukkan nilai HETP semakin besar seiring dengan bertambahnya void fraction, dimana metode yang digunakan adalah distilasi batch. Semakin besar void fraction, maka semakin besar nilai HETP, dan semakin kecil void fraction, maka semakin kecil nilai HETP. Hal ini disebabkan semakin kecil void fraction, maka semakin besar surface area sehingga transfer massa vapor dan liquid semakin besar, dan semakin besar void fraction, maka semakin kecil surface area sehingga transfer massa vapor dan liquid semakin kecil. Nilai HETP pada void fraction 89 %, 93 %, 94 %, dan 97 % berturut-turut sebesar 0,07; 0,14; 0,20; dan 0,54 meter.
Continuous Distillation
Dari penelitian ini dapat dibuat hubungan antara void fraction terhadap kadar etanol distilat dan kadar etanol bottom dengan metode distilasi continuous.
Gambar 6 : Hubungan Antara Void Fraction Terhadap Kadar Etanol Distilat dan Kadar Etanol Bottom.
Berdasarkan gambar 6 menunjukkan kadar etanol distilat mengalami penurunan seiring dengan bertambahnya void fraction, dimana metode yang digunakan adalah distilasi continuous. Semakin besar void fraction, maka semakin rendah kadar etanol distilat yang diperoleh, dan semakin kecil void fraction, maka semakin tinggi kadar etanol distilat yang diperoleh. Hal ini disebabkan luas kontak antara vapor dan liquid besar dan mengakibatkan kadar etanol distilat yang diperoleh tinggi. Pada void fraction 89 %, 93 %, 94 %, dan 97
% diperoleh kadar distilat berturut-turut sebesar 89 %, 88 %, 86 %, dan 85 % volume.
Gambar 6 menunjukkan pula bahwa kadar etanol bottom mengalami kenaikan seiring dengan bertambahnya void fraction, dimana metode yang digunakan adalah distilasi continuous. Semakin besar void fraction, maka semakin tinggi kadar etanol bottom, dan semakin kecil void fraction, maka semakin rendah kadar etanol bottom. Hal ini disebabkan luas kontak antara vapor dan liquid kecil dan mengakibatkan kadar bottom tinggi. Pada void fraction 89 %, 93 %, 94 %, dan 97 % diperoleh kadar bottom berturut-turut sebesar 3 %; 3,5 %, 3,5
%; dan 3,5 % volume.
IV. KESIMPULAN/RINGKASAN Dari hasil penilitian yang digunakan, diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Untuk metode batch dan continous, kadar distilat yang dihasilkan akan meningkat seiring dengan berkurangnya void fraction packing serabut, dan sebaliknya.
2. Pada metode batch, void fraction 89 %, 93 %, 94 %, dan 97
% diperoleh kadar distilat masing-masing sebesar 95 %, 92
%, 90 %, dan 75% volume etanol. Sedangkan pada metode continous, void fraction 89 %, 93 %, 94 %, dan 97 % diperoleh kadar distilat masing-masing sebesar 89 %, 88
%, 86 %, dan 85 % volume etanol.
3. Untuk metode batch, pressure drop akan rendah seiring dengan bertambahnya void fraction packing serabut, dan sebaliknya. Untuk void fraction 89 %, 93 %, 94 %, dan 97
% diperoleh pressure drop masing-masing sebesar 8643;
728,38; 605,62; dan 327,36 Pa/m.
4. Nilai HETP akan meningkat seiring dengan bertambahnya void fraction packing serabut, dan sebaliknya. Untuk void fraction 89 %, 93 %, 94 %, dan 97 % diperoleh HETP masing-masing sebesar 0,07; 0,14; 0,20; dan 0,54 meter 5. Untuk metode continous, kadar bottom akan meningkat
seiring dengan bertambahnya void fraction packing serabut, dan sebaliknya. Untuk void fraction 89 %, 93 %, 94 %, dan 97 % diperoleh kadar bottom masing-masing sebesar 3 %; 3,5 %; 3,5 %; dan 3,5 % volume etanol.
6. Karakteristik packing serabut yang menghasilkan performa yang paling baik yaitu berdiameter dalam 5,8 cm, diameter luar 6 cm, tinggi 4,6 cm, bulk density 0,33 gram/ml, panjang serabut per-pack 157192 cm, dan luas permukaan 80,1574 cm2/cm3 menggunakan metode distilasi batch dengan void fraction 89% sehingga diperoleh kadar distilat sebesar 95% volume etanol, pressure drop sebesar 8643 Pa/m dengan HETP sebesar 0,07 meter.
7. Dengan metode distilasi batch didapatkan kadar distilat yang paling tinggi, yaitu 95 % volume etanol dan HETP 0,07 meter dengan void fraction 89 %.
UCAPANTERIMAKASIH
Selama penyusunan laporan ini, kami banyak sekali mendapat bimbingan, dorongan, serta bantuan dari banyak pihak. Untuk itu, kami ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Prof. Dr. Ir. Ali Altway MS., selaku Kepala Laboratorium Perpindahan Panas Dan Massa. Dosen Pembimbing kami Prof. Dr. Ir. Nonot Soewarno, M.Eng dan
Siti Nurkhamidah S.T, MS, Ph.D yang telah meluangkan waktu, tenaga, pikiran, bimbingan dan saran yang diberikan dalam menyelesaikan tugas akhir kami. Para dosen penguji kami, Dr. Ir. Susianto DEA, Fadlilatul Taufany, S.T, Ph.D ,dan Dr. Ir. Sri Rachmania Juliastuti, M.Eng. Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja, M.Eng, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya. Setiyo Gunawan, ST, Ph.D, selaku koordinator Tugas Akhir dan Skripsi Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya. Bapak dan Ibu Dosen Pengajar serta seluruh karyawan Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya. Orang tua serta saudara-saudara kami atas doa, dukungan, bimbingan, perhatian dan kasih sayang yang selalu tercurah selama ini.
Teman-teman di laboratorium Perpindahan Panas Dan Massa tercinta (Apep, Robby, Koko, Amun, dan kreydita) atas dukungan dan bantuannya selama penyusunan Tugas Akhir kami. Teman teman K49 tercinta atas semangat yang diberikan kepada kami.
Kami menyadari bahwa penulisan laporan ini masih banyak kekurangan dan jauh dari sempurna, oleh karena itu kami sangat mengharapkan saran dan masukan yang konstruktif demi kesempurnaan laporan ini
DAFTARPUSTAKA
[1] Ardiyanta D., Yuwono K., 2012. “Optimasi Feed Plate dan Temperatur Feed Adsorber Dalam Proses Distilasi Adsorpsi Pada Pembuatan Etanol Absolut”. Surabaya: Teknik Kimia ITS.
[2] Chen G.X. , Chuang K.T., Chien C., and Ye Y. 1992. “Mass Transfer and Hydraulic of Packed Sieve Tray”. Canada : Univertsity of Alberta.
[3] Geankoplis, Christie J.1993. “Transport Processes and Unit Operation 3 th edition”. New Jersey: Prentice Hall.
[4] Kachur P.J., Afacan A., Chuang K.T. 2004. “Use of Structured Packing As a Dualflow Tray in Distillation”. Canada : Trans I ChemE.
[5] Kumar, S., Singh, N., Prasad, R. 2010. “Anhydrous Ethanol : A Renewable Source of Energy”. Kanpur : Renewable and Sustainable Energy Reviewes.
[6] McCabe,W.L., Smith,J.C., and Harriot,P., 2001. “Unit Operations Of Chemical Engineering”. New York : McGraw-Hill Book Company.
[7] Pelczar, M. Z., Reid and Chan. 1983. “Microbiology 4th Edition”, New York : Mc. Graw Hill Book Company, Inc.
[8] Periyasamy, S.,et.al. 2009. “Production of Bio – Ethanol from Sugar Molasses Using Saccharomyces ceriviceae”. India :CSSE Modern Applied Journal.
[9] Perry, R. And Chilton, C. 1997. “Chemical Engineer’s Handbook”.
New York : Mc. Graw Hill Book Company, Inc.
[10] Rahmasari, Devi. 2000. “Mempelajari Proses Pemurnian Molasses Dengan Metode Koagulasi”. Bogor : Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
[11] Sa’id, E. G., 1987. “Bioindustri, Penerapan Teknologi Fermentasi”. Bogor : Pusat Antar Universitas Biologi IPB.
[12] Salem A., and Alsaygh A.A. 1988. “Better Sieve Tray, Add Packing”. United States : Hydrocarbon Processing.
[13] Salem, A. 1993. “Efficiency of Distillation Columns Containing Packed Sieve Tray”. Saudi Arabia : King Fahd University of Petroleum and Minerals.
[14] Seader,J.D. and Henley,E.J. 1998.”Separation Process Principles”.
New York : John Wiley & Sons, Inc.
[15] Spagnolo D.A., Chuang K.T. 1981. “Improving Sieve Tray Performance With Knitted Mesh Packing”. Ontario : American Chemical Society.
[16] Treybal, Robert E. 1981.”Mass Transfer Operation”. New York : McGraw-Hill Book Company.
[17] Van Winkle,M. 1967. “Distillation”. New York : McGraw-Hill Book Company.
[18] Xu, Z. P. et.al. 1996. “Prediction of Packed Sieve Tray Efficiency In Distillation”. Canada : Trans I ChemE vol74, Part A.
