BAB I PENDAHULUAN. A. Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Semangkin meningkatnya kebutuhan terhdap bahan bakar yang alami, atau dengan kata lain tidak membahayakan, baik secara Global maupun secara Individu. Dengan melihat hal tersebut makabanyak pihak atau lembaga yang terus mencari bahan bakar Alternatif lain yang alami dalam hal ini Ethanol masih sangat mudah untuk di proses dalam sekala Industri maupun dalam sekala Rumahan. Ketergantungan terhadap bahan Bakar ini sangat lah berdampak terhadap kelangsungan hidup umat manusia. Manusia dalam memnuhi kebutuhan seharihari selalu mengunakan bahan bakar yang berasal dari Fosil atau Gas Ala mini berdampak sangat buruk bagi lingkungan, pencemaran selalu menjadi masalah yang tidak akan pernah berhenti mengahantui. Semakin banyak mengunakan semkain banyak pencemaran terjadi. Maka dengan makalah ini penulis inging sedikit mengurangi pengunaan bahan bakar yang berasal dari pertambangan. B. Sejarah destilasi Distilasi pertama kali ditemukan oleh kimiawan Yunani sekitar abad pertama masehi yang akhirnya perkembangannya dipicu terutama oleh tingginya permintaan akan spritus. Hypathia dari Alexandria dipercaya telah menemukan rangkaian alat untuk distilasi dan Zosimus dari Alexandria-lah yang telah berhasil menggambarkan secara akurat tentang proses distilasi pada sekitar abad ke-4 Bentuk modern distilasi pertama kali ditemukan oleh ahli-ahli kimiais lam pada masa kekhalifahan Abbasiah, terutama oleha l-razi pada pemisahanalkohol menjadi senyawa yang relatif murni melalui alatalembik, bahkan desain ini menjadi semacam inspirasi yang memungkinkan rancangan distilasi skala mikro, The Hickman Stillhead dapat terwujud. i

2 C. Tujuan untuk mengetahui konsentrasi maksimun destilat yang dapat diperoleh, menentukan HETP (height equivalent to a theoretical plate) pada refluks total, serta menentukan jumlah tahap minimum (Nmin) pada refluks total. HETP adalah panjang isian (panjang kolom) dibagi dengan jumlah kepingan teoritis, ditentukan untuk mengetahui efesiensi kolom destilasi. Prinsipnya berdasarkan pada Hukum Roult yaitu tekanan uap pada larutan ideal pada suhu tertentu sebanding dengan tekanan uap murni dikali dengan fraksi murni. Dan Hukum Dalton yaitu tekanan ideal dalam suatu campuran gas sama dengan tekanan parsial masing-masing komponennya. sebagai bahan tambahan yang bersifat jangka panjang, dengan membuat makalah ini itu juga berarti Mahasiswa berlatih dalam pembuatan Skripsi, hala ini akan mempermudah Mahasiswa karena terus belajar dan berlatih dalam pembuatan-pembuatan makalah. Sebagai ilmu pengetahuan dalam Destilasi Methanol dalam air. ii

3 BAB II 1. Distilasi Etanol Dalam Air A. Pengertian Secara sederhana distilasi adalah proses pemisahan bahan cairan berdasarkan perbedaan titik didihnya. Distilasi etanol berarti memisahkan etanol dengan air. Air mendidih pada suhu 100oC. Pada suhu ini air yg berada pada bentuk/fase cair akan berubah menjadi uap/fase gas. Meskipun kita panaskan terus suhu tidak akan naik (asal tekanan sama). Air akan terus berubah jadi uap dan lama kelamaan habis. Etanol mendidih pada suhu 79oC. Seperti halnya air, etanol berubah dari cair menjadi uap. Ada perbedaan suhu cukup besar dan ini dijadikan dasar untuk memisahkan etanol dari air. Jadi prinsip kerja distilasi etanol kurang lebih seperti ini. Pertama cairan fermentasi dipanaskan sampai suhu titik didih etanol. Kurang lebih 79oC, tapi biasanya pada suhu 80-81oC. Etanol akan menguap dan uap etanol ditampung/disalurkan melalui tabung. Di tabung 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-bak penampungan. Kalau kita perhatikan, termometer akan bergerak ke suhu kesetimbangan airetanol, sekitar 80oC. Jarum termometer akan tetap pada suhu ini sampai kadar etanolnya berkurang. Jarum termometer akan bergerak naik, ini menunjukkan kalau kadar etanolnya mulai berkurang. Dalam proses ini pengaturan suhu adalah bagian paling penting. Kalau kita bisa mempertahankan suhu pada titik didih etanol, kadar etanol yang diperoleh akan semakin tinggi. iii

4 Meskipun kita sudah mempertahankan suhu sebaik mungkin. Uap air akan delalu terbawa, ada sedikit air yang ikut menguap. Ini yang menyebabkan distilasi tidak bisa menghilangkan semua air. Kadar maksimal yang bisa diperoleh sekitar 95%. Ini dikerjakan oleh tenaga yang sudah trampil. Kalau operatornya belum berpengalaman bisa lebih rendah dari itu. Sisa air yang 5% bisa dihilangkan dengan proses dehidrasi. Meskipun tampaknya prinsip distilasi etanol tampak sederhana, pada prakteknya tidaklah mudah. Apalagi dalam skala yang besar. Mendesain distilator merupakan tantangan tersendiri. Saat ini banyak desain distilator di pasaran. Distilator yang baik adalah distilator yang bisa menghasilkan etanol dengan tingkat kemurnian tinggi. Selain itu lebih efisien dalam penggunaan energi. 1. Volatile Adalah cairan yang mudah menguap apa bila campuran air dengan Methanol dipanaskan akan lebih dulu menguap karena titik didihnya lebih rendah dari pada air. Hal memudahkan Proses destilasi karena perbedaan suhu yang sangat signifikan. Bagian-bagian caran yang lebih dulu menguap biasanya mengandung konsentrasi methanol yang lebih tinggi disebabkan suatu campuran yang mengandung methanol lebih tinggi dapat di peroleh dengan cara mendinginkan dan mengembunkan uap tersebut. Cairan ini disebut juga destilat. Cairan-cairan yang tertinggal di dalam tabung mengandung konsentrasi air air yang lebih tinggi dan titik didih yang lebih rendah. Cairan ini disebut produk dasar. iv

5 2. Sieve Tray Di dalam kolom destilasi di pasang beberapa baqi,,plat Baqi di lengkapi dengan sejumlah tabung uap. Sieve Tray adalah sebuah Plat Baqi yang dibor guna mengemboran ini adalah untuk membuat lubang-lubang dengan diameter 4-30 mm. Alat ini sangat sering di gunakan karena dalam Aplikasinya sangat mudah dengan struktur yang sangat sederhana ini membuat Efisiensinya sangat maksimal sehingga produk yang dihasilkan akan sangat Maksimal. Pada salah satu sisi Plat Baqi ini di pasang Weir (Empang) yang di gunanya sebagai menampung cairan dengan jumlah yang cukup. Cairan yang telah tumpah dari Wier ini akan menuju ke baqi di bawah. Sieve tray merupakan jenis tray yang paling sederhana dibandingkan jenis tray yang lain dan lebih murah daripada jenis bubble cap. Pada Sieve tray uap naik ke atas melalui lubang-lubang pada plate dan terdispersi dalam cairan sepanjang plate. Cairan mengalir turun ke plate di bawahnya melalui down comer dan weir. Meskipun sive tray mempunyai kapasitas yang lebih besar pada kondisi operasi yang sama dibandingkan dengan bubble cap, namun sieve tray mempunyai satu kekurangan yang cukup serius pada kecepatan uap yang relatif lebih rendah dibandingkan pada kondisi operasi normal. Pada sieve tray, aliran uap berfungsi mencegah cairan mengalir bebas ke bawah melalui lubang-lubang, tiap plate di desain mempunyai kecepatan uap minimum yang mencegah terjadinya peristiwa dumps atau shower yaitu suatu peristiwa dimana cairan mengalir bebas mengalir ke bawah melalui lubang-lubang pada plate. Kecepatan uap minimum ini yang harus amat sangat diperhatikan dalam mendesain sieve tray dan menjadi kesulitan tersendiri dalam kondisi operasi sesungguhnya.efisiensi sieve tray sama besarnya dengan bubble cap pada kondisi desain yang sama, namun menurun jika kapasitasnya berkurang di bawah 60% dari desain. v

6 3. Sectional construction Seksi plate dipasang pada cincin yang dilas di sekeliling dinding kolom bagian dalam dan pada balok-balok penyangga. Lebar balok penyangga dan cincin sekitar 50 mm, dengan jarak antar satu balok dengan yang lainnya sekitar 0.6 m. Balok penyangga dipasang horizontal sebagai penyangga plate, biasanya di bentuk dari lembaran yang dilipat atau dibentuk. Satu bagian dari plate di desain bisa di pindahkan yang berfungsi sebagai manway. Hal ini bertujuan untuk mengurangi jumlah manway yang dapat mengurangi biaya konstruksi. 4. Downcomers Downcomer terdapat pada semua equilibrium-stage trays, bertujuan sebagai media cairan untuk mengalir dari tray atas ke tray di bawahnya. Downcomer di desain untuk menyediakan kapasitas penanganan cairan yang cukup untuk kolom distilasi dan pada waktu yang sama untuk memenuhi luas minimum dari area crosssectional, sehingga area aktif dari pada tray akan maksimum. Jenis-jenis downcomer dapat dilihat pada gambar di bawah ini.merupakan jenis yang paling sederhana dan murah dalam konstruksi dan paling memuaskan untuk berbagai macam tujuan. Channel downcomer dibentuk dari plat rata yang kemudian disebut apron yang dipasang dengan posisi ke bawah dari outlet weir. Apron biasanya vertikal, namun bisa juga agak miring untuk meningkatkan area plate untuk perforation. vi

7 5. Flooding Flooding terjadi jika busa pada plate berakumulasi melebihi penyangga downcomer. Downcomer kemudian mengandung campuran yang mempunyai densitas yang lebih rendah dari cairan murni, kapasitasnya berkurang, level cairan meningkat pada downcomer sampai akhirnya mencapai tray di atasnya dan selanjutnya akan mencapai keadaan dimana cairan memenuhi kolom 6. Weep Point. Weep point bisa diartikan sebagai kecepatan minimum uap yang dapat memberikan kestabilan kondisi operasi. 7. Tray spacing Tray spacing merupakan jarak antara satu tray dengan tray yang lainnya. Biasanya sekitar 6 inci lebih pendek dari bubble cap tray. Sieve tray beroperasi pada spacing sekitar 9 inci sampai 3 inci. Yang biasa digunakan adalah sekitar inci. 8. Hole Size, arrangement and Spacing Diameter lubang dan pengaturannya bervariasi tergantung kebutuhan dan keinginan dari yang mendesain. Yang biasa dipakai untuk kegiatan komersil yaitu diameter dan 1 inci. Diameter lubang direkomendasikan untuk self cleaning yaitu 3/16 inci. Diameter inci bisa digunakan untuk berbagai macam kebutuhan termasuk yang melibatkan fouling dan cairan yang mengandung solid tanpa kehilangan efisiensi. Diameter 1/8 inci sering digunakan untuk kondisi vakum Pengaturan posisi lubang atau arrangement bisa berupa triangular pitch (segitiga) atau square pitch (segiempat), lebih jelasnya bisa dilihat pada gambar di bawah ini.jika jarak antar lubang dua kali diameter maka cenderung akan mengalami unstable operation. Jarak lubang yang direkomendasikan adalah 2.5 do sampai 5 do, dan yang paling direkomendasikan 3.8 do. vii

8 9. Active Hole Area Ialah luasan total pada plate termasuk di dalamnya ialah perforated area dan calming zone. 10. Perforated Area Perforated area atau hole area ialah area pada plate dimana masih terdapat lubanglubang tempat kontaknya cairan dan uap. 11. Calming Zone Ialah area pada plate yang tidak terdapat lubang-lubang. 12. Height of Liquid Over Outlet Weir, how Batas minimum tinggi weir adalah 0.5 inci, dengan 1-3 inci yang paling irekomendasikan. Untuk lebih jelasnya biasa dilihat pada gambar di bawah ini. Untuk menentukan jumlah tahap yang dibutuhkan pada distilasi multi komponene diperlukan dua kunci, yaitu Light Key Component (LK) dan Heavy Key Component (HK) komponen. Light Key Component adalah komponen fraksi ringan pada produk bawah dalam jumlah kecil tapi tidak dapat diabaikan. Heavy Key Component adalah komponen fraksi berat pada produk atas dalam jumlah kecil yang tidak dapat diabaikan. LK dan HK diperlukan untuk mengetahui distribusi komponen lain. Jumlah tahap yang diperlukan untuk pemisahan juga tergantung pada rasio refluks (perbandingan refluks) yang digunakan. R= Dengan menaikkan reflux akan menurunkan jumlah tahap yang dibutuhkan dan menurunkan capital cost tetapi hal ini akan menaikkan kebutuhan steam serta operating cost. Sehingga diperlukan nilai rasio optimum yang memberikan biaya operasi yang rendah. Untuk mendapatkan beberapa sistem nilai rasio optimum antara 1,2 sampai 1,5 kali refluks minimum. viii

9 13. Efisiensi Tray Efisiensi tray adalah pendekatan fraksional terhadap kondisi kesetimbangan yang dihasilkan oleh tray aktual. Untuk itu dibutuhkan pengukuran terhadap kesetimbangan seluruh uap dan cairan yang berasal dari tray, namun karena kondisi dari beberapa lokasi pada tray berbeda antara tray sartu dengan yang lain, digunakan pendekatan titik efisiensi akibat perpindahan massa tray Untuk menghitung efisiensi dari pemisahan umpan menjadi produk atas dan produk bawah digunakan tahapan-tahapan sebagai berikut: 1. Menentukan jumlah plate minimum dengan metode Fenske. 2. Menetukan jumlah refluk minimum dengan metode Underwood. 3. Menentukan jumlah plate teoritis dengan metode: a. Grafik Gilliland a. Bubble Cap Tray Alat ini biasanya terdapat dalam Sieve Tray ix

10 BAB III A. Unit Destilasi. Suatu unit destilasi pada dasarnya terdiri dari kolom (menara) yaitu : Destilasi. Reboiler Overhead Condenser Reflak Drum Campuran umpan akan mengalir dan masuk ke dalam Baqi Umpan dan seterusnya mengalir ke bagian dasar menara. 1. Kolom Destilasi Adalah sebuah menara tinggi di mana di pasang sejumlah baqi dengan jarak cm. didalam kolom tersebut terjadi pemisahan antara detilasi dengan produk dasar karena perbedaan titik didih di antara komponen-komponen cairan tersebut. 1. Merangkaikan distilasi yang menggunakan kolom-kolom sederhana, Kolom sederhana : o memisahkan 1 umpan menjadi 2 produk; o menggunakan komponen2 kunci yang kemudahan menguapnya berdampingan; o memiliki 1 pendidih-ulang dan 1 kondensor. 2. Untuk campuran biner hanya ada 1 kemungkinan rangkaian. 3. Untuk campuran terner (3 komponen) ada 2 kemungkinan rangkaian. 2. Reboiler. Reboiler ini juga di gunakan sebagai memanaskan cairan yang keluar dari dasar kolom dan menguapkannya. Pemanasan tersebut menghasilkan sejumlah uap yang cukup untuk memisahkan cairan karena adanya perbaedaan titik didih. Suatu penukar panas vertikal jenis x

11 Dalam konfigurasi ini, jumlah vapor yang dihasilkan dikontrol dengan cara mengatur aliran panas ke reboiler, dalam hal ini aliran steam/uap. Jumlah produk bawah (bottom product) yang diuapkan menjadi vapor ditentukan dari besarnya setpoint steam flow control (FC). Semakin besar setpoint FC, semakin banyak vapor yang dihasilkan. Jumlah produk bawah yang dikeluarkan/dihasilkan dikontrol dengan menggunakan level control (LC). Konfigurasi diatas digunakan pada kettle type reboiler. Sedangkan untuk reboiler tipe thermo-syphon atau forced-circulation, konfigurasi berikut bisa digunakan. Konfigurasi lainnya adalah aliran uap (steam flow) diatur oleh reboiler level control (LC), sedangkan aliran produk dikontrol oleh flow controller (FC) seperti gambar berikut. Selain menggunakan pemanas steam seperti beberapa konfigurasi diatas, reboiler juga terkadang menggunakan pemanas yang berasal dari produk kolom distilasi (kolom utama seperti CDU atau FCCU). Konfigurasi kontrol reboiler yang menggunakan pemanas jenis ini diperlihatkan pada gambar berikut. Pada konfigurasi ini, selain digunakan untuk reboiler, media pemanas juga digunakan untuk menghasilkan steam pada steam generator. Flow control (FC) yang terletak sesudah tie, digunakan untuk menstabilkan steam yang dihasilkan pada steam generator. Konfigurasi lainnya yang mirip dengan ini seperti pada gambar berikut. Pada konfigurasi terakhir ini, flow control ditempatkan sebelum tie, sehingga steam generator lebih stabil dibandingkan dengan konfigurasi sebelumnya (letak flow control sesudah tie). Pada konfigurasi yang sudah dibahas diatas, reboiler dikontrol dengan menggunakan flow control maupun temperature control. Selain itu, reboiler juga bisa dikontrol dengan menggunakan heat input control. Pada jenis kontrol ini, yang dikontrol adalah jumlah panas/heat yang diberikan ke sistem reboiler. Jumlah panas tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut: xi

12 Q = DeltaT x Cp x roh x F Q adalah panas yang diberikan, DeltaT adalah perbedaan temperature fluida pemanas yang masuk dan keluar reboiler, Cp adalah specific heat medium pemanas dan roh adalah density medium pemanas. Konfigurasi heat input control pada reboiler dapat dilihat pada gambar berikut. Selain pemanas jenis heat exchanger (HE) seperti diatas, tidak jarang furnace/fire heater juga digunakan sebagai reboiler. Apabila menggunakan heater, maka sistem kontrol yang digunakan adalah temperature control dengan konfigurasi seperti dijelaskan pada pembahasan mengenai sistem kontrol fire heater. 3. Over Head Condenser Overhead condenser adalah alat penukar panas untuk mendinginkan dan mengembunkan uap yangkeluaar dari puncak kolom dan lebih banyak mengandung komponen bertitik didih rendah. Untuk overhead condenser sering digunakan penukaran panas jenis rogga dan tabung (shell and tube) untuk medium pendingin dapat digunakan refrigerant atau air karena biaya lebuh murah, biaanya air pendingin sering digunakan Fraksi over head mengembun didalam overhead conedensor untuk selanjutnya di tamping alam reflux drum. 4. Revlux Drum Sebagai pencampur dari reflux drum di kembalikan ke kolom destilasi (disebut reflux), dan sisanya di kirim ke tangki produk. Pompa yang digunakan untuk pengeembaliandisebut reflux pum (pompa efflux) Untuk menjamin kemantapan oprasi pompa, harus ada cairan yang cukup dalam reflux drum itu. Sebagian dari produk overhead yang terkumpul di reflux drum di alirkan ketangki pruduk atau keperoses selanjutnya sebagai distilat, sedangkan sebagiab lagi dikembalikan kepuncak menara. xii

13 a. Reflux dan reflux ratio Bagan dari produk puncak yang di kemaliakan ke kolom dstilat disbut refluks. Reflux akan mengakibatkan bertambahnya aliran cairan yang dibutuhkan intuk pemisahan di baki-baki. Reflux akan meningkatkan kemurnian produk puncak.jumlah reflux merupakan variabel oprai yang penting dalam kolom destilasi, ratio dari jumlah refluks dari jumlah distilat disebut reflux ratio. reflux ratio ini merupakan index index penting dalam perencanaan dan pengoprasian suatu kolom distilasi. dengan menambahkan reflux raio, efisiensi pemisahan akakn meningkat. Kosentrasi komponen bertitik dididh rendah dalam distilah akan bertambah, dan konsentrasi komponen bertitik didih tinggi akan berkurang. Pada waktu bersamaan komponen bertitik didih rendah di dalam produk dasar akan turun dankonsentrasi komponen bertitik didih tinggi dalam produk dasar akan naik jadi dengan menambahkan reflux ratio dpat diperoleh produk daar den distilat dengan kemurnian lebih tinggi. b. Reflux dan reflux ratio Bagan dari produk puncak yang di kemaliakan ke kolom dstilat disbut refluks. Reflux akan mengakibatkan bertambahnya aliran cairan yang dibutuhkan intuk pemisahan di baki-baki. Reflux akan meningkatkan kemurnian produk puncak.jumlah reflux merupakan variabel oprai yang penting dalam kolom destilasi, ratio dari jumlah refluks dari jumlah distilat disebut reflux ratio. reflux ratio ini merupakan index index penting dalam perencanaan dan pengoprasian suatu kolom distilasi. dengan menambahkan reflux raio, efisiensi pemisahan akakn meningkat. Kosentrasi komponen bertitik dididh rendah dalam distilah akan bertambah, dan konsentrasi komponen bertitik didih tinggi akan berkurang. Pada waktu bersamaan komponen bertitik didih rendah di dalam produk dasar akan turun dankonsentrasi komponen bertitik didih tinggi dalam produk dasar xiii

14 akan naik jadi dengan menambahkan reflux ratio dpat diperoleh produk daar den distilat dengan kemurnian lebih tinggi. B. Distilasi Skala Industri Umumnya proses distilasi dalam skala industri dilakukan dalam menara, oleh karena itu unit proses dari distilasi ini sering disebut sebagai menara distilasi (MD). MD biasanya berukuran 2-5 meter dalam diameter dan tinggi berkisar antara 6-15 meter. Masukan dari MD biasanya berupa cair jenuh (cairan yang dengan berkurang tekanan sedikit saja sudah akan terbentuk uap) dan memiliki dua arus keluaran, arus yang diatas adalah arus yang lebih volatil (lebih ringan/mudah menguap) dan arus bawah yang terdiri dari komponen berat. MD terbagi dalam 2 jenis kategori besar: 1. Menara Distilasi tipe Stagewise, MD ini terdiri dari banyak plate yang memungkinkan kesetimbangan terbagi-bagi dalam setiap platenya, dan 2. Menara Distilasi tipe Continous, yang terdiri dari packing dan kesetimbangan cair-gasnya terjadi di sepanjang kolom menara xiv

15 BAB IV PENUTUP A. Kesimpulan Destilasi merupakan suatu teknik pemisahan larutan yang berdasarkan pada perbedaan titik didihnya. Destilasi terfraksi dugunakan untuk larutan yang mempunyai perbedaan titik didih yang tidak terlalu jauh yaitu sekitar 30oC atau lebih. Dasar pemisahan suatu campuran dengan destilasi adalah adanya perbedaan titik didih dua cairan atau lebih yang jika campuran tersebut dipanaskan, maka komponen yang titik didihnya lebih rendah akan menguap lebih dulu. Dengan mengatur suhu secara cermat, kita dapat menguapkan dan kemudian mengembunkan komponen-komponen secara bertahap. B. Saran. * Hendaklah Mahasiswa melakukan Praktek agar lebih mudah mengerti tentang proses destilasi ini. * Melakukan Studi Tour ke pabrik pengolahan Methanol Dalam Air * Melakukan kerja Kelompok dalam membuat makalah. xv