http://tkp.stmi.ac.id/
Distilasi Distillation
Devi Yusraini
1*, Reyhan Z Fathurrahman
1, Widia Astuti
11Kelompok 6, TK02, 2021
*Email: [email protected]
Abstrak
Distilasi adalah proses pemisahan cairan dari campurannya berdasarkan perbedaan titik didih atau kemampuan zat untuk menguap. Proses distilasi dapat digunakan untuk memisahkan berbagai kombinasi campuran, salah satunya adalah campuran etanol-aquades. Etanol adalah senyawa organik yang juga dikenal sebagai alcohol memiliki rumus kimia C2H5OH dengan karakteristik mudah terbakar dan memiliki bau yang khas. Metode grafis McCabe-Thiele merupakan salah satu metode untuk menyelesaikan permasalahan distilasi dua kompone. Metode ini memiliki perhitungan yang paling sederhana dan hingga saat ini masih banyak digunakan baik dalam perancangan maupun dalam kelas teknik kimia. Tujuan dari praktikum distilasi ini adalah untuk memisahkan campuran dua komponen yaitu etanol dan aquades menggunakan metode distilasi, dan menghitung jumlah plate teoritis dengan Metode Mc.Cabe – Thiele.
Kata Kunci: Distilasi, Etanol, Metode Mc.Cabe – Thiele, Titik didih Abstract
Distillation is a process of separating liquid from a mixture based on differences in boiling points or the ability of substances to evaporate. The distillation process can be used to separate various combinations of mixtures, one of which is a mixture of ethanol-aquades. Ethanol is an organic compound which is also known as alcohol having the chemical formula C2H5OH with flammable characteristics and has a characteristic odor. The McCabe- Thiele graphical method is one of the methods to solve the two-compound distillation problem. This method has the simplest calculations and is still widely used both in design and in chemical engineering classes. The purpose of this distillation practicum is to separate a mixture of two components, namely ethanol and distilled water using the distillation method, and calculate the number of theoretical plates using the Mc.Cabe – Thiele method.
Keywords: Distillation, Ethanol, Mc.Cabe – Thiele Method, Boiling point
1. PENDAHULUAN
Etanol adalah senyawa organik yang juga dikenal sebagai alkohol dengan karakteristik mudah terbakar dan memiliki bau yang khas. Wujud etanol yang biasa dijumpai yaitu berupa cairan jernih (mirip seperti air mineral) tidak memiliki warna, etanol juga memiliki sifat yang mudah untuk menguap dan sangat sensitif sehinnga mudah terbakar.
Etanol juga sering dikenal dengan nama etil alkohol yang mana memiliki rumus kimia C2H5OH atau CH3CH2OH dimana memiliki titik didih 78,4°
C. Etanol dipakai sejak ratusan tahun lalu untuk meragikan gula menjadi arak sebagai minuman
keras. Selain itu, etanol juga dapat dimanfaatkan dalam bidang pengobatan, pangan, pembuatan kosmetik, dan bahan bakar (Sebayang, 2006).
Proses distilasi adalah proses pemisahan cairan dari campurannya berdasarkan perbedaan titik didih atau kemampuan zat untuk menguap (Muhammad dkk., 2011). Produk yang mudah menguap akan naik ke bagian atas kolom distilasi dan dikondensasikan untuk menghasilkan overhead product (distilat).
Sedangkan produk yang tidak menguap akan dikeluarkan sebagai bottom product (residu). Jika suatu campuran ideal dipanaskan maka komponen yang mempunyai titik didih lebih rendah akan menguap terlebih dahulu dibandingkan yang titik
didih lebih besar, sehingga komponen zat volatile akan terdistribusi pada fasa uap lebih besar dari pada didalam fasa cairannya. Berdasarkan Hukum Raoults dan Hukum Dalton, komposisi zat volatile didalam fasa uapnya akan lebih banyak dibandingkan pada fasa cairnya, tergantung pada harga sifat volatilitas relative (𝛼AB) suatu komponen terhadap komponen lain.
Distilasi dapat dilakukan dengan dua metode.
Metode pertama yaitu mendidihkan dan mengembunkan campuran tanpa adanya refluks.
Metode kedua yaitu mengembalikan sebagian kondensat ke labu distilasi sehingga terjadi kontak dengan uap yang mengalir ke kondensor (McCabe, 1993). Proses distilasi dapat digunakan untuk memisahkan berbagai kombinasi campuran, salah satunya adalah campuran etanol-air (Zhang dkk., 2019; Alheshibri & Craig, 2019).
Untuk mendapatkan kadar etanol yang lebih besar dari 95-96% volume diperlukan beberapa treatment agar mendapatkan hasil yang lebih maksimal. Lamanya waktu distilasi juga merupakan salah satu faktor yang dapat menentukan efisiensi dari proses pemisahan etanol-air yang dinyatakan dalam konsentrasi overhead product dan bottom product.
Aplikasi distilasi memiliki banyak peran penting dalam industri kimia, terutama di industri petrokimia. Berbagai metode perhitungan banyak dikembangkan mulai dari yang sederhana hingga perhitungan yang komplek. Metode grafis McCabe- Thiele untuk penyelesaian permasalahan distilasi dua komponen adalah metode perhitungan yang paling sederhana dan hingga saat ini masih banyak digunakan baik dalam perancangan maupun dalam kelas teknik kimia.
Metode grafis McCabe-Thiele masih sering digunakan karena memiliki formulasi yang sederhana. Konsep dasarnya adalah constant molaloverflow, dimana laju alir uap dan cairan sama di setiap tray atau tahap. Asumsi ini menghasilkan bentuk persamaan neraca massa yang linier untuk bagian atas dan bawah kolom distilasi. Kurva kesetimbangan, garis operasi, serta tahap-tahap dalam kolom dihubungkan dengan prosedur perhitungan yang telah baku. Dari sini akan dapat diketahui jumlah tahap yang dibutuhkan untuk perancangan.
Praktikum ini bertujuan untuk memisahkan campuran dua komponen menggunakan metode distilasi, dan menghitung jumlah plate teoritis dengan Metode Mc.Cabe – Thiele.
2. METODOLOGI PRAKTIKUM Tabel 1. Bahan Percobaan 4 No Nama Senyawa Rumus
Senyawa
Jumlah 1. Etanol C2H5OH 200 ml
2. Aquadest H2O 100 ml
Gambar 1. Rangkaian Alat Distilasi
Tabel 2. Peralatan Percobaan 4
No Nama Alat Ukuran Jumlah
1. 1 Set Alat Distilasi
- 1
2. Gelas Ukur 200 ml 1 3. Gelas Ukur 100 ml 1 4. Gelas Kimia 500 ml 1
5. Alkoholmeter - 1
6. Termometer - 1
7. Corong - 1
8. Statif dan Klem - 2
9. Ember - 1
10. Selang Air - 1
11. Pompa Air - 1
12. Heating Mantle - 1 13. Alumnium Foil - 1
14. Lakban Hitam - 1
15. Seal Tape - 1
3. PROSEDUR KERJA 4. DATA PERCOBAAN
Konsentrasi awal etanol 95 % Volume etanol dalam campuran
umpan
200 ml Konsentrasi etanol dalam
campuran umpan
67 % Volume distilat yang diperoleh 129 ml Konsentrasi produk (xD) 77 % Konsentrasi etanol dalam
campuran yang tertinggal di dalam labu didih (xB)
20 %
Volume etanol campuran yang tertinggal di dalam labu didih
66 ml
5. ANALISIS DATA
𝜌 A = 0,789 gr/ml 𝜌 B = 1 gr/ml
Tb = 78℃
Tf = 25℃
BM A = 46 BM B = 18 𝜆 = 342 kj/kg Cp A = 4,18 kj/kg Cp B = 2,57 kj/kg
Menghitung mol etanol Mol etanol = 𝜌 × 𝑣
𝑀𝑟 Mol etanol = 0,789 × 200
46 Mol etanol = 3,43 mol Menghitung mol air Mol etanol = 𝜌 × 𝑣
𝑀𝑟 Mol etanol = 1 × 100
18 Mol etanol = 5,55 mol Mengukur konsentrasi awal etanol murni
menggunakan alkoholmeter
Mengumpankan campuran sebanyak 300 ml terdiri dari ±66,7% v/v etanol dan
sisanya adalah aquades
Mengukur konsetrasi etanol dalam campuran umpan sebagai xF
menggunakan alkoholmeter
Memasukkan umpan ke dalam labu didih kemudian merangkai alat distilasi secara benar (memastikan tidak ada kebocoran)
Menghidupkan pompa air pendingin
Menghidupkan heating mantle
Menunggu sampai produk menetes
Mematikan heating mantle ketika jumlah produk yang didapatkan telah sama dengan jumlah etanol di dalam umpan
Mengukur volume produk yang diperoleh dengan gelas ukur
Mendinginkan labu didih dengan tetap membiarkan pompa air pendingin
tersambung ke listrik
Mengukur konsentrasi etanol produk sebagai xD dengan alkoholmeter
Mengukur konsentrasi etanol dalam campuran yang tertinggal di dalam labu
didih sebagai xB dengan alkoholmeter
F = ? A = 200 ml B = 100 ml
D = ? XD = 77%
B = ? XB = 20%
A = Etanol B = Aquades
Menghitung umpan (F) F = mol etanol + mol air F = 3,43 + 5,55
F = 8,98 mol Basis = 1 ml/jam Menghitung distilat A = 0,77 × 1 ml/jam A = 0,77
Menghitung fraksi berat umpan (XF) XF = 𝑚𝑜𝑙 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
𝐹
XF = 3,43
8,98 XF = 0,3819
Menghitung fraksi berat distilat (XD) XD
= 77% = 0,77
Menghitung fraksi berat bottom (XB) XB
= 20% = 0,2
Menghitung neraca massa total F = D + B
8,98 = D + B D = 8,98 – B
Menghitung neraca massa komponen F × XF = D × XD + B × XB
8,98 × 0,3819 = D × 0,77 + B × 0,2 3,43 = 0,77 D + 0,2 B 3,43 = 0,77 (8,98 – B) + 0,2 B 3,43 = 6,9146 – 0,77 B + 0,2 B 3,43 = 6,9146 – 0,57 B
0,57 B = 6,9146 – 3,43
B = 3,4846
0,57
B = 6,11 mol/jam
Maka, neraca massa D = 8,98 – B
D = 8,98 – 6,11 D = 2,87 mol/jam
Menghitung Cp rata-rata
𝐶𝑝 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 = 𝐶𝑝 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 + 𝐶𝑝 𝑎𝑖𝑟 2
𝐶𝑝 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 = 4,18+2,57
2 = 3,375
Menghitung nilai q 𝑞 = 1 + 𝐶𝑝𝑙 ( 𝑇𝑏 − 𝑇𝑓)
𝜆
𝑞 = 1 + 3,375 ( 78 − 25) 𝑞 = 1,212 842
Menghitung q line q line : y = 𝑞
𝑞−1 × (𝑋) − 𝑋𝐹
𝑞−1
X = XF = 0,3819 = 1,212
1,212 − 1 × (0,3819) − 0,3819
1,212 − 1
= 0,3819
X y
0,3819 0,3819
0,4 O,4853
0,5 1,0570
Menghitung R 0,21 = 𝑋𝐷
𝑅+1
0,21 (R + 1) = XD
0,21 R + 0,21 = 0,77 0,21 R = 0,77 – 0,21 R = 0,56
0,21 = 2,6
Menghitung Rm 0,35 = 𝑋𝐷
𝑅𝑀+1
0,35 (Rm + 1) = XD
0,35 Rm + 0,35 = 0,77 0,35 Rm = 0,77 – 0,35 Rm = 0,42
0,35 = 1,2
6. HASIL DAN PEMBAHASAN
Distilasi adalah proses pemisahan cairan dari campurannya berdasarkan perbedaan titik didih atau kemampuan zat untuk menguap. Tujuan dari proses distilasi adalah menghasilkan cairan murni pada titik didihnya dengan memisahkannya dengan cairan lainnya yang mempunyai perbedaan titik didih.
Prinsip dari distilasi yaitu menghasilkan uap dan mengembunkan kembali uap tersebut pada titik didihnya. Titik didih suatu cairan dapat dicapai pada saat suhu dan tekanan uapnya sama dengan tekanan atmosfer ataupun lebih rendah dari tekanan atmosfer (Walangare dkk, 2013). Pada distilasi sederhana, zat - zat dengan titik didih yang berdekatan menggunakan fraksinasi atau distilasi bertingkat dalam proses penyulingannya.
Metode distilasi yang digunakan pada praktikum ini ialah dengan menggunakan distilasi sederhana. Distilasi sederhana atau distilasi biasa adalah teknik pemisahan kimia untuk memisahkan dua atau lebih komponen yang memiliki perbedaan
titik didih yang jauh. Suatu campuran dapat dipisahkan dengan distilasi biasa ini untuk memperoleh senyawa murni. Senyawa yang terdapat dalam campuran akan menguap saat mencapai titik didih masing-masing.
Umpan yang digunakan pada proses distilasi ini berupa campuran biner (campuran 2 komponen) yang terdiri atas fase cair saja. Praktikum ini bertujuan untuk memisahkan campuran antara 2 komponen cair yang digunakan yaitu etanol dan aqua dm. Volume campuran umpan yang digunakan sebesar 300 ml dengan perbandingan bahan yang digunakan sebesar 2:1. Etanol yang digunakan pada praktikum ini ialah etanol teknis dengan volume sebesar 200 ml diukur menggunakan gelas ukur.
Kemudian dimasukkan alkoholmeter pada gelas ukur tersebut untuk mengukur kadar alkohol yang terkandung dalam etanol umpan dan diperoleh kadar alkohol sebesar 95% Sedangkan, untuk volume aqua dm yang digunakan ialah sebesar 100 ml.
Kedua komponen tersebut dicampurkan secara homogen ke dalam labu didih. Kemudian, ukur kembali kadar alkohol pada campuran umpan tersebut dengan menggunakan alkoholmeter sehingga diperoleh kadar alkohol sebesar 67%.
Setelah itu tutup labu distilasi dengan karet dan memasukkan termometer pada lubang karet tersebut. Letakkan labu distilasi yang berisikan campuran umpan tersebut ke hotplate dan sambungkan juga ke alat distilasi yang sudah dirangkai. Sambungkan juga rangkaian alat distilasi tersebut dengan selang – selang pompa air. Lalu sambungkan kabel colokkan pompa air dan hotplate ke stop kontak, Kemudian, nyalakan hotplate dan mengatur suhu dengan mengatur katup ke arah tengah.
Pada distilasi sederhana, dasar pemisahannya adalah perbedaan titik didih yang jauh atau dengan salah satu komponen bersifat volatil (mudah menguap). Jika campuran dipanaskan maka komponen yang titik didihnya lebih rendah akan menguap lebih dulu. Pada praktikum ini komponen yang mempunyai titik didih terendah ialah etanol yaitu sebesar 78℃, maka dalam hal ini etanol akan menguap terlebih dahulu daripada aqua dm yang mempunyai tidik didih sebesar 100℃. Diperoleh volume produk etanol distilat (XD) sebesar 129 ml, sedangkan pada produk etanol bottom diperoleh volume sebesar 66 ml. Perbedaan volume produk dengan umpan terjadi dikarenakan pada saat dipanaskan, etanol yang memiliki titik didih 78℃
akan berubah fasa dari cair menjadi uap dan semakin lama volume etanol akan berkurang. Setelah itu ukur volume dan konsentrasi etanol yang ada di distilat product (XD) dan bottom product (XB).
Pada praktikum ini, menggunakan suhu yang disesuaikan dengan titik didih bahan yang digunakan yaitu titik didih etanol yaitu sebesar 78℃, namun suhu sedikit naik dari titik didih etanol yaitu sebesar ±80℃. Pada saat suhu mencapai titik didih,
etanol akan mulai menguap dan uap etanol ditampung/disalurkan melalui labu distilasi. Di labu distilasi ini suhu uap etanol diturunkan sampai di bawah titik didihnya. Etanol akan berubah lagi dari fase gas ke fase cair. Selanjutnya etanol yang sudah mencair ditampung di bak penampungan (gelas kimia). Hal ini disebabkan semakin tinggi suhu distilasi maka air yang terkandung dalam bahan akan semakin banyak yang ikut menguap dan tertampung dalam distilat sehingga akan mengurangi konsentrasi alkohol pada distilat. Pada praktikum ini diperoleh konsentrasi alkohol pada distilat product (XD) sebesar 77% dan pada bottom product (XB) sebesar 20%.
Pada praktikum didapatkan perhitungan neraca massa pemisahan cairan dengan menggunakan metode McCabe-Thiele
Dengan menggunakan perhitungan metode diperoleh fraksi umpan (XF) sebesar 0,3819 ; fraksi distilat (XD) sebesar 0,77 ; dan fraksi bottomsebesar 0,2. Diperoleh pula data laju pada produk atas menara distilasi (D) sebesar 2,87 mol/jam dan laju pada produk bawah menara (B) sebesar 6,11 mol/jam dengan laju umpan masuk (F) sebesar 8,98 mol/jam. Kondisi umpan pada pada praktikum ini ialah cairan dingin dikarenakan nilai q yang diperoleh sebesar 1,212 atau q>1, sehingga q line cenderung condong ke arah kanan atau berada pada arah jarum jam antara angka 12 – 3. Setelah grafik dibentuk diperoleh 7 stage/tray dengan nilai 𝑋𝐷
𝑅+1
sebesar 0,21 dan nilai Rm yang diperoleh sebesar 1,2.
7. KESIMPULAN
Berdasarkan praktikum distilasi dengan metode distilasi sistem biner yang telah dilakukan, diperoleh data berdasarkan metode McCabe and Thiele yaitu konsentrasi etanol pada produk atas distilasi (XD) sebesar 77% dan konsentrasi etanol pada produk bawah (XB) sebesar 20%. Selain itu, diperoleh data laju pada produk atas menara distilasi (D) sebesar 2,87 mol/jam dan laju pada produk bawah menara (B) sebesar 6,11 mol/jam dengan laju umpan masuk (F) sebesar 8,98 mol/jam. Dengan kondisi umpan cairan dingin, diperoleh 7 stage/tray dengan nilai Rm yang diperoleh yaitu sebesar 1,2.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima kasih kepada orang-orang yang telah membantu praktikum, terutama pada Program Studi Teknik Kimia Polimer Politeknik STMI Jakarta yang telah menyediakan tempat atau laboratorium untuk praktik yang didukung dengan fasilitas- fasilitas yang memadai untuk praktikum ini. Terima kasih juga kepada Ibu Isma Wulansari, ST., M.Eng selaku dosen pengampu Praktikum Operasi Teknik Kimia dan Ibu Ida selaku laboran yang telah membimbing dan memberikan ilmu serta pengalamannya kepada kami selama praktikum ini, NOMENKLATUR (Jika diperlukan)
F = Feed (umpan) XD = Fraksi distilat XF = Fraksi umpan XB = Fraksi bottom D = Kolom distilat B = Kolom bottom 𝜌 = Densitas (massa jenis) v = Volume
Cp = Kapasitas panas Tb = Titik didih etanol Tf = Suhu umpan
𝜆 = Panas penguapan etanol
DAFTAR PUSTAKA
Nisa, N. I. F., dan Aminudin, A., 2019. Pengaruh Waktu Distilasi Etanol-Air Terhadap Konsentrasi Overhead Product dan Bottom Product. J. Teknik Kimia, Universitas PGRI Madiun, Madiun, Jawa Timur.
Putra, I., dkk., 2015. Pengaruh Suhu Dan Lama Distilasi Terhadap Rendemen Dan Karakteristik Distilat Alkohol Dari Cairan Pulpa Hasil Samping Fermentasi Biji Kakao. J.
Teknologi Industri Pertanian, Universitas Udayana, Bali.
Vhiwendro, G., dkk, 2011. Penyelesaian Numerik Metode Distilasi Biner McCabe-Thiele. J.
Teknik Kimia, Universitas Riau, Pekanbaru.
Walarange, K. B. A., dkk, 2013 Rancang Bangun Alat Konversi Air Laut Menjadi Air Minum Dengan Proses Destilasi Sederhana Menggunakan Pemanas Elektrik. J. Teknik Elektro dan Komputer, Universitas Sam Ratulangi, Manado.
LAMPIRAN
Gambar 2. Proses Distilasi
Gambar 3. Memasang termometer pada labu didih
Gambar 4. Memasang kondensor pada klem
Gambar 5. Mengukur kadar alkohol pada umpan campuran
Gambar 6. Mengukur kadar alcohol pada produk distilat
Gambar 7. Grafik antara Etanol dan Aqua DM
Laporan Sementara
