BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Tujuan percobaan1. Menentukan jumlah plat teoritis minimum dengan menggunakan metoda grafis dan analitis.
2. Menentukan tinggi bahan isian yang setara dengan sebuah plat teoritis. 1.2 Dasar Teori
Distilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan. Dalam penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu.
Metode ini termasuk sebagai unit operasi kimia jenis perpindahan massa.Penerapan proses ini didasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya. Model ideal distilasi didasarkan pada Hukum Raoult dan Hukum Dalton. (Kvaalen E, 1914)
Ada 4 jenis distilasi yang akan dibahas disini, yaitu distilasi sederhana, distilasi fraksionasi, distilasi uap, dan distilasi vakum.Selain itu ada pula distilasi ekstraktif dan distilasi azeotropic homogenous, distilasi dengan menggunakan garam berion, distilasi pressure-swing, serta distilasi reaktif.
1. Distilasi Sederhana
Pada distilasi sederhana, dasar pemisahannya adalah perbedaan titik didih yang jauh atau dengan salah satu komponen bersifat volatil. Jika campuran dipanaskan maka komponen yang titik didihnya lebih rendah akan menguap lebih dulu. Selain perbedaan titik didih, juga perbedaan kevolatilan, yaitu kecenderungan sebuah substansi untuk menjadi gas. Distilasi ini dilakukan padatekanan atmosfer. Aplikasi distilasi sederhana digunakan untuk memisahkan campuran air dan alkohol. (Syukri S,1999)
2. Distilasi Fraksionisasi
Fungsi distilasi fraksionasi adalah memisahkan komponen-komponen cair, dua atau lebih, dari suatu larutan berdasarkan perbedaan titik didihnya. Distilasi ini juga dapat digunakan untuk campuran dengan perbedaan titik didih kurang dari 20 °C dan bekerja pada tekanan atmosfer atau dengan tekanan rendah. Aplikasi dari distilasi jenis ini digunakan pada industri minyak mentah, untuk memisahkan komponen-komponen dalam minyak mentah. (Chang R, 2007)
Perbedaan distilasi fraksionasi dan distilasi sederhana adalah adanya kolom fraksionasi. Di kolom ini terjadi pemanasan secara bertahap dengan suhu yang berbeda-beda pada setiap platnya. Pemanasan yang berberbeda-beda-berbeda-beda ini bertujuan untuk pemurnian distilat yang lebih dari plat-plat di bawahnya. Semakin ke atas, semakin tidak volatil cairannya.(Lando JB, 1974)
3. Distilasi Uap
Distilasi uap digunakan pada campuran senyawa-senyawa yang memiliki titik didih mencapai 200 °C atau lebih. Distilasi uap dapat menguapkan senyawa-senyawa ini dengan suhu mendekati 100 °C dalamtekanan atmosfer dengan menggunakan uap atau air mendidih. Sifat yang fundamental dari distilasi uap adalah dapat mendistilasi campuran senyawa di bawah titik didih dari masing-masing senyawa campurannya. Selain itu distilasi uap dapat digunakan untuk campuran yang tidak larut dalam air di semua temperatur, tapi dapat didistilasi dengan air. Aplikasi dari distilasi uap adalah untuk mengekstrak beberapa produk alam seperti minyak eucalyptus dari eucalyptus, minyak sitrus dari lemon atau jeruk, dan untuk ekstraksi minyak parfum dari tumbuhan.(Clark J, 2005)
Campuran dipanaskan melalui uap air yang dialirkan ke dalam campuran dan mungkin ditambah juga dengan pemanasan. Uap dari campuran akan naik ke atas menuju ke kondensor dan akhirnya masuk kelabu distilat.(Lando JB, 1974)
4. Distilasi Vakum
Distilasi vakum biasanya digunakan jika senyawa yang ingin didistilasi tidak stabil, dengan pengertian dapat terdekomposisi sebelum atau mendekati titik didihnya
atau campuran yang memiliki titik didih di atas 150 °C. Metode distilasi ini tidak dapat digunakan pada pelarut dengan titik didih yang rendah jika kondensornya menggunakan air dingin, karena komponen yang menguap tidak dapat dikondensasi oleh air. Untuk mengurangi tekanan digunakan pompa vakum atauaspirator.Aspirator berfungsi sebagai penurun tekanan pada sistem distilasi ini.(Bacher AD, 2007)
1.2.1 Etanol
Etanol disebut juga etil alkohol, alkohol murni, alkohol absolut, atau alkohol saja, adalah sejenis cairan yang mudah menguap, mudah terbakar, tak berwarna, dan merupakan alkohol yang paling sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Senyawa ini merupakan obat psikoaktif dan dapat ditemukan pada minuman beralkohol dan termometer modern. Etanol adalah salah satu obat rekreasi yang paling tua.
Etanol termasuk ke dalam alkohol rantai tunggal, dengan rumus kimia C2H5OH dan
rumus empiris C2H6O. Ia merupakan isomer konstitusional dari dimetil eter. Etanol sering
disingkat menjadi EtOH, dengan "Et" merupakan singkatan dari gugus etil (C2H5). (Sasrawan,
2014)
1.2.2 Destilasi Packing
Destilasi merupakan suatu cara yang digunakan untuk memisahkan dua atau lebih komponen cairan berdasarkan perbedaan titik dididhnya. Uap yang dibentuk selama destilasi makin lama makin dijenuhi dan makin banyak mengandung komponen yang lebih mudah menguap (yaitu komponen yang titik didihnya lebih rendah). Sehingga akan terjadi pemisahan uap yang terbentuk dan mengandung komponen yang sama seperti campuran semula. Tetapi pada proses yang berbeda, cara pemisahan dengan destilasi ini mudah dilakukan apabila perbedaan polaritas antar komponen cukup besar. Namun untuk mendapatkan komponen murni sulit dicapai.
Prinsip destilasi adalah penguapan dan pengembunan kembali uapnya, pada tekanan dan suhu tertentu. Tujuan destilasi adalah pemurnian zat cair pada titik didihnya, dan memisahkan
cairan dari zat padat atau memisahkan zat cair dari campurannya yang mempunyai titik didih yang berbeda. Komponen yang mempunyai titik didih lebih rendah akan terpisah lebih dahulu.
Beberapa contoh penggunaan teknik destilasi adalah dalam industri minuman beralkohol, yaitu untuk memperoleh kadar alkohol yang dikehendaki. Dalam industri farmasi untuk mengisolasi zat-zat yang berguna sebagai obat yang terdapat dalam akar, batang, dan daun tumbuh-tumbuhan. Selain itu destilasi digunakan untuk memisahkan dan memurnikan etanol dari air dimana etanol mempunyai titik didih 780C akan menguap dan mengembun melalui
pendinginan.
Tujuan destilasi bertingkat adalah pemisahan dua atau lebih cairan yang mudah menguap atau cairan yang berbeda titik didihnya. Destilasi bertingkat dapat dipahami dengan mengetahui hubungan antara tekanan uap dari campuran senyawa dan komposisinya dan menggambarkannya dalam suatu kurva.
1.2.3 Faktor – Faktor yang mempengaruhi proses destilasi
Faktor-faktor penting yang mempengaruhi ketajaman pemisahan dalam proses destilasi ini adalah :
1. Perbedaan komposisi yang mungkin ada di antara cairan dan uap pada keadaan kesetimbangan (hubungan kesetimbangan uap dan cairan atau volatilitas relatif).
2. Efektivitas kontak dari uap dan cairan yang biasa dinyatakan dalam plat teoritis atau HETP. 3. Perbandingan kondesat yang kembali ke arah kolom fraksinasi atau refluks ratio
4. Kecepatan uap yang naik atau kecepatan aliran destilat.
(Very, C, 2012) 1.2.4 Konsep HETP
Bahan isian padat dan inert yang memiliki luas permukaan per satuan volume kolom dapat digunakan sebagai pengganti bubble cap plate. Berapa tinggi bahan isian dalam kolom yang bisa memberikan suatu komposisi produk pemisahan campuran tertentu harus dievaluasi.
Suatu kolom dengan bahan isian dibagi-bagi dalam unit-unit atau satuan-satuan tinggi bahan isian, dimana setiap satuan tinggi bahan isian mampu menghasilkan uap dan cairan keluar dari satuan ini dalam keadaan setimbang. Menurut definisi, pada satu plat ideal, uap dan cairan
yang meninggalkan plat ideal juga pada keadaan kesetimbangan fase atau kesetimbangan termodinamik. Berarti satu satuan unit kolom tersebut ekivalen dengan suatu plat ideal. Inilah konsep HETP. Karena itu dapat dinyatakan bahwa :
Tinggi bahan isian (Z) = jumlah plat ideal atau teoritis (N) x HETP
Tentu saja pernyataan ini berlaku untuk sesuatu operasi pemisahan tertentu, seperti kolom isian pada operasi penyulingan, absorpsi, dan ekstraksi.
Penggunaan pernyataan HETP diperlukan, karena dapat menggantikan proses bertingkat berlawanan arah, meskipun dari segi teoritis dipandang kurang fundamental. HETP harus dievaluasi secara eksperimen, karena HETP berubah oleh tipe, jenis, ukuran bahan isian, sangat dipengaruhi pula oleh kecepatan aliran kedua fluida (uap, cairan) maupun kisaran konsentrasi. Karena itu diperlukan banyak data eksperimen. ( Brown, 1950 )
1.2.5 Evaluasi Jumlah Plat Teoritis (N)
Tinggi bahan isian (Z) ditentukan oleh nilai N atau jumlah plat teoritis dan nilai HETP. Jumlah plat teoritis N dapat dievaluasi menurut metode McGabe-Thiele (campuran biner).
1.2.5.1 Metode McGabe-Thiele Persyaratan :
1. Dalam diagram entalpi-komposisi, garis uap jenuh dan cairan jenuh keduanya berupa garis lurus dan sejajar
2. Kecepatan aliran molal tetap
3. Panas laten penguapan mendekati tetap 4. Campuran biner, ideal
Untuk evaluasi jumlah plat teoritis (N) diperlukan data kesetimbangan termodinamik atau y versus x, pada suhu tekanan operasi tertentu. Biasanya mol fraksi i dalam umpan, produk atas dan bawah dan kondisi termal umpan diketahui. Kita masih perlu melukiskan garis-garis operasi berikut :
1. 1 D R D X n X 1 D R D R 1 n Y
1 D R D X
Garis operasi atas ini akan memotong sumbu y pada :
2. q 1 F X X q 1 q Y Garis q
q adalah panas untuk menguapkan 1 mol umpan semula menjadi uap, dibagi panas laten penguapannya. Dari nilai q yang didapat, bisa dihitung lereng garis q yaitu -q/ (1-q) sehingga garis q dapat dilukis dengan lereng ini melalui titik umpan (ZF) di
diagonal.
Beberapa harga q untuk berbagai kondisi umpan dapat diketahui sebagai berikut q > 1, umpan dingin
q = 1, umpan pada titik gelembung (zat cair jenuh) 0 < q < 1, umpan sebagian berwujud uap
q = 0, umpan pada titik embun (uap jenuh) q < 0, umpan uap panas lanjut
3. B m L B BX m X B m L m L 1 m Y
1 D R D X q XB XD Zf
Jika langsung digunakan persamaan ini kita memerlukan data panas di sekitar reboiler. Supaya mudah, kita cari saja titik potong antara garis operasi atas dan garis q, misalnya titik P. kemudian hubungkan titik P dengan titik XB. Jika ketiga garis tersebut sudah dapat dilukis, maka jumlah plat teoritis dapat dievaluasi.
Gambar 1. Evaluasi N secara grafik
(Mc. Cabe et all, 2004)
Bacher AD. 2007. Distillation
Brown .G.G (1950). Unit Operations (1st ed). John Wiley and Sons, Inc. New York
Chang R. 2007. Chemistry Ed ke-9.McGraw-Hill :New York. Clark J. 2005. Immiscible liquids and steam distillation.
Kvaalen E, Wankat PC, McKenzie BA. 1914. Alcohol Distillation: Basic Principles, Equipment, Performance Relationships, and Safety.
Lando JB, Maron SH. 1974. Fundamentals of Physical Chemistry.Macmillan Publising: New York.
Mc.Cabe. W.L et all (2004). Unit Opration of Chemical Engineering (7th ed). McGraw Hill
Sasrawan, H. (2014). Etanol. September 25, 2016.
http://hedisasrawan.blogspot.co.id/2014/12/etanol-artikel-lengkap.html Syukri S. 1999. Kimia Dasar Jilid 1.Penerbit ITB :Bandung.
Very, C. ( 2012). Desain Kolom Pemisah Destilasi. September 25 2016. http://www.caesarvery.com/2012/11/desain-kolom-pemisah-distilasi.html
