BAB I. PENDAHULUAN OTK di bidang Teknik Kimia?

Transkripsi

1 BAB I. PENDAHULUAN OTK di bidang Teknik Kimia? Aplikasi dasar-dasar ilmu pengetahuan alam yang dirangkai dengan dasar ekonomi dan hubungan masyarakat pada bidang yang berkaitan Iangsung dengan proses dan alatalat proses jadi OTK berkaitan dengan pekerjaan rekayasa proses. Prosesnya sendiri tersusun dalam beberapa langkah, yang meliputi perubahan komposisi kimia, perubahan fisis bahan yaitu proses fisis, atau pemisahan dan pemurnian. Yang dicermati dengan cukup rinci pada matakuliah Operasi Teknik Kimia adalah proses pemisahan atau pemurnian konstituen atau komponen dari campuran. Proses pemisahan atau pemurnian ini sangat diperlukan pada unit persiapan bahan baku agar bahan memenuhi ketentuan proses alat berikutnya (misalnya reaktor) dan sangat diperlukan pada unit pemurnian hasil agar memenuhi spesifikasi produk yang akan dijual. Cara pemisahan atau pemurnian konstituen dari campuran secara garis besar dapat dibedakan menjadi: 1. Pemisahan secara mekanik Pemisahan ini dapat digunakan untuk memisahkan campuran yang heterogen (padat cair, cair cair yang tidak saling larut, dan gas cair) Dasar-dasar pemisahan secara mekanik adalah: a. Pemisahan karena gaya gravitasi b. Pemisahan karena gaya sentrifugal c. Pemisahan karena beda kecepatan jatuh d. Pemisahan karena beda tekanan Pemisahan ini dipelajari di matakuliah OTK I dan AIK 2. Pemisahan dengan mempergunakan reaksi kimia (tidak dipelajari secara eksplisit tetapi implisit pada materi yang lain) 3. Pemisahan menurut dasar operasional difusional Perpindahan massa konstituen dari fasa yang satu ke fasa lainnya secara difusi OTK 2 dan OTK 3 Operasi pemisahan dapat menyangkut banyak sekali proses dan peralatan yang selalu berubah atau berkembang untuk menuju suatu penyempurnaan. Untuk itu operasi pemisahan dapat dilihat secara konseptual dengan menggunakan Konsep dasar Chemical Engineering Tools, yaitu: 1. Neraca Massa 2. Neraca Panas 3. Keseimbangan 4. Proses Kecepatan (Rate Processes) Universitas Gadjah Mada 1

2 5. Ekonomi 6. Hubungan Masyarakat Bila dasar pengetahuan mahasiswa atau engineer terhadap suatu peralatan bersifat konseptual atau centered around physical principles and mathematical techniques maka engineer tersebut dapat dengan mudah beradaptasi dan memahami peralatan dan proses yang baru. Yang dimaksud pengetahuan terhadap suatu peralatan bersifat centered around physical principles and mathematical techniques adalah memahami suatu peralatan dan proses berdasarkan konsep-konsep fundamental peralatan atau proses tersebut. Selain itu dengan dikuasainya konsep-konsep fundamental menyebabkan engineer dapat berpikir logis, lebih mendalam, dan dapat melakukan analisis secara kuantitatif terhadap suatu peralatan. METODA BERPIKIR SECARA KONSEPTUAL DAPAT DIURUTKAN SEBAGAI BERIKUT 1. Analisis perilaku fisik sistem 2. Penyusunan model fisik 3. Penyusunan persamaan matematis yang mewakili model fisik 4. Penyelesaian persamaan matematis secara grafis, analitis, atau numeris. Karena tersedianya alat bantu hitung yang sangat canggih (komputer) pada era belakangan ini maka penyusunan model matematis yang baik (sangat mendekati sistem yang diamati) dapat dilakukan. Untuk itu perlu penguasaan penyusunan program komputer. YANG DIPELAJARI DENGAN RINCI DI OTK 3 YAITU PEMISAHAN: Secara Distilasi Secara Ekstraksi Secara Absorbsi Distilasi Pemisahan komponen-komponen dalam larutan cair dengan mempergunakan panas sebagai separating agent (Berdasarkan beda titik didih masing-masing komponen dalam larutan) Ekstraksi Pemisahan komponen-komponen dalam larutan cair dengan mempergunakan zat pelarut cair sebagai separating agent (berdasarkan beda daya larut komponenkomponen tersebut dalam pelarut) Universitas Gadjah Mada 2

3 Ekstraksi yang dilakukan untuk fasa padat dengan mempergunakan pelarut cair sering disebut dengan Leaching. Absorbsi Penyerapan komponen-komponen tertentu dalam campuran gas dengan mempergunakan larutan penyerap yang terpilih. ADSORPSI sama dengan ABSORPSI, tetapi dengan mempergunakan penyerap padat. KARAKTERISTIK PEMISAHAN Karakteristik dari suatu sistem pemisahan dapat dilihat dari diagram di bawah ini: Sebagai separating agent dalam suatu proses pemisahan antara lain: 1. Tenaga panas: uap atau bahan bakar Iainnya 2. Massa: zat pelarut atau penyerap 3. Tenaga mekanik: tekanan PEMILIHAN METODA PEMISAHAN Pemilihan metode pemisahan dibatasi oleh: Sifat fisis bahan Karakteristik bahan-bahan yang dipisahkan Penggunaan metoda pemisahan dapat berdasarkan: Operasi perpindahan massa secara difusional Pemisahan mekanik Universitas Gadjah Mada 3

4 Operasi pemisahan berdasarkan reaksi kimia Kombinasi dari cara-cara pemisahan di atas Misalnya: a. Air dapat dipisahkan dari campuran etanol-air dengan menggunakan cara distilasi atau mereaksikannya dengan kapur. b. Hidrogen sulfida dapat dipisahkan dari gas alam dengan absorpsi menggunakan solven atau reaksi kimia. Dasar prinsip pemilihan suatu proses pemisahan antara lain: Biaya: metoda pemisahan dengan biaya yang paling murah, baik untuk peralatan maupun untuk operasi akan menjadi pilihan utama. Proses yang lebih sederhana, meskipun harganya sedikit Iebih mahal akan menjadi pilihan, karena akan memperkecil kendala/gangguan yang mungkin timbul. Secara umum langkah pemisahan berdasarkan prinsip perpindahan massa secara difusional dapat dinyatakan dengan urutan sebagai berikut: 1. Pencampuran umpan dengan separating agent 2. Perpindahan massa dan panas terjadi secara simultan. 3. Pemisahan dua fase (umpan dan separating agent) yang sudah dalam keadaan setimbang, Unit pemisah pada prinsipnya adalah tempat dimana Iangkah-langkah tersebut berlangsung. Suatu operasi pemisahan dapat berjalan dengan baik bila cara kontak antara umpan dan separating agent dalam unit pemisah berjalan dengan baik. Alat kontak antara umpan dan separating agent dapat dikelompokkan menjadi 4 yaitu: 1. Spray Tower Spray tower terdiri dari ruang terbuka dan luas pada tempat tersebut gas mengalir dan ke dalam ruang tersebut disemprotkan cairan dengan spray nozzles atau alat yang dapat membuat butir-butir cairan. Cairan yang disemprotkan akan jatuh karena gaya gravitasinya dengan arah aliran cairan dan gas berlawanan arah. Universitas Gadjah Mada 4

5 Karena cairan dalam bentuk butir-butir (tetes-tetes cairan), maka luas permukaan bidang kontak antar fasa akan makin besar. Jika ukuran butir semakin kecil, maka luas bidang kontaknya akan semakin besar. Tetapi ukuran butir cairan tidak boleh terlalu kecil, karena butir akan terbawa aliran gas ke atas (ke luar). Spray tower pada umumnya digunakan untuk proses perpindahan massa gas yang mudah larut dalam cairan, atau perpindahan massanya dikontrol oleh tahanan fasa gasnya. larut. 2. Menara Gelembung Menara gelembung pada prinsipnya berlawanan dengan spray tower. Pada menara ini, gas didispersikan ke dalam cairan. Gelembung gas cukup kecil sehingga kontak antar fasanya menjadi besar. Menara gelembung digunakan dalam sistem dengan tahanan pada fasa cairan yang mengontrol kecepatan perpindahan massa secara keseluruhan, Kondisi ini terjadi untuk gas-gas yang tidak mudah 3. Menara dengan Bahan Isian (Packed Tower) Menara bahan isian adalah menara tegak yang diisi dengan bahan isian (packing). Bahan isian dapat terbuat dari keramik atau bisa juga dari batu-batuan. Cairan didistribusikan ke kolom bahan isian dan mengalir ke bawah pada permukaan bahan isian dalam bentuk lapisan tipis. Gas umumnya mengalir ke atas berlawanan arah dengan aliran cairan, sehingga luas kontak antar fasa menjadi cukup besar. Universitas Gadjah Mada 5

6 Menara jenis ini dapat digunakan untuk sistem gas cairan dimana salah satunya atau kedua tahanannya mengontrol. 4. Menara dengan Plate-Plate Menara dengan plate-plate dapat berupa bubble-cap atau sieve trays. Pada tiap-tiap plate, gelembung gas yang terbentuk di dasar cairan dengan cara memaksa gas melewati lubang-lubang yang kecil. Perpindahan massa antar fasa terjadi saat pembentukan gelembung dan saat gelembung gas melewati cairan. Dari keempat alat perpindahan massa tersebut di atas, dapat dikelompokkan lagi menjadi 2 cara kontak, yaitu: 1. Continuous Contact 2. Stage Wise Contact Kedua cara kontak (Continuous Contact dan Stage Wise Contact) mempunyal dua fenomena yang berbeda yaitu: Continuous Contact umpan dan separating agent bertemu secara sinambung pada semua posisi, sehingga terjadi perpindahan massa secara sinambung pada setiap posisi atau ada perubahan konsentrasi sebagai fungsi posisi (position dependent). Pada Continuous Contact konsep rate processes memegang peran penting. Stage Wise Contact umpan dan separating agent diusahakan berkontak dengan baik pada setiap stage sampai kondisi keseimbangan tercapai. Oleh karena itu komposisi arusarus yang keluar dari stage dalam keadaan keseimbangan. Pada Stage Wise Contact konsep keseimbangan memegang peranan penting. Karena dua cara kontak tersebut dapat dikatakan mempunyai prinsip yang berbeda maka pembahasan secara rinci pada OTK 3 ini dikelompokan menjadi dua cara kontak tersebut. Untuk memperjelas kedua cara kontak tersebut dan menambah bekal pengetahuan teknis peralatan disajikan beberapa gambar berikut ini : Universitas Gadjah Mada 6

7 Universitas Gadjah Mada 7

8 Universitas Gadjah Mada 8

9 Universitas Gadjah Mada 9

10 Universitas Gadjah Mada 10

11 Universitas Gadjah Mada 11

12 Universitas Gadjah Mada 12

13 Universitas Gadjah Mada 13