BAB II Tinjauan Pustaka

Transkripsi

1 BAB II Tinjauan Pustaka 2.1 Bensin Secara umum, yang dimaksud dengan bensin adalah cairan campuran dengan bahan dasar minyak bumi yang kebanyakan mengandung aliphatic hydrocarbons dengan bahan tambahan berupa aromatic hydrocarbons toluene, benzene, atau iso-octane untuk menambah bilangan oktan. Bensin terutama digunakan sebagai bahan bakar untuk internal combustion engines [10]. Bensin merupakan hasil pengolahan dari minyak bumi mentah dengan cara distilasi untuk menghilangkan kandungan lainnya yang tidak diperlukan. Namun, bensin hasil distilasi tersebut tidak memenuhi spesifikasi yang diperlukan oleh mesin modern. Karena itulah dicampurkan zat penambah lainnya untuk memenuhi spesifikasi, seperti contohnya bilangan oktan. Bagian utama dari bensin berupa hidrokarbon dengan kandungan antara 5 hingga 12 atom karbon per molekul. Karena bagian utamanya berupa hidrokarbon serta bahan penambah lainnya, bensin memiliki sifat cenderung untuk menguap pada keadaan normal sehingga termasuk ke dalam volatile organic compounds. Seperti yang telah disebutkan di atas, bensin merupakan campuran kompleks yang terdiri lebih dari 500 hidrokarbon yang bervariasi dari C 5 hingga C 12 dengan komponen utamanya adalah C 6 -C 8. Komponen alkana baik yang memiliki ikatan rantai lurus maupun bercabang memiliki komposisi yang terbesar. Sedangkan alkana dengan rantai lingkaran dan komponen aromatik memiliki komposisi yang relatif rendah. Hal ini dapat dilihat pada tabel 2.1 mengenai komposisi komponen-komponen penyusun bensin. 6

2 Tabel 2.1 Komposisi Bensin [11] Nama Umum Contoh Persentase Aliphatic-dengan rantai lurus Hepatane Aliphatic- dengan rantai bercabang Isooctane Aliphatic-cyclic Cyclopentane Aromatic Ethylbenzene Di Indonesia sendiri, bensin diproduksi oleh perusahaan pemerintah PERTAMINA (Perusahaan Pertambangan Minyak dan Gas Bumi Negara). Seperti telah disebutkan pada Bab I, PERTAMINA mengeluarkan tiga jenis produk bensin berupa premium, pertamax, dan pertamax plus. Ketiga produk tersebut dibedakan oleh bilangan oktan nya masing-masing. Premimum memiliki bilangan oktan 88, sedangkan pertamax 92, dan pertamax plus 96. Bilangan oktan sendiri merupakan angka yang menunjukkan seberapa besar tekanan yang bisa diberikan sebelum bensin terbakar secara spontan. Untuk menghindari terjadinya knocking yang dapat menyebabkan mesin cepat rusak, maka diharapkan bensin tidak terbakar sebelum dikompresi dengan sempurna, atau dengan kata lain bensin memiliki bilangan oktan yang cukup tinggi. Karena itulah harga pertamax lebih mahal bila dibandingkan dengan harga premium, dan juga pertamax plus lebih mahal dari pertamax. 2.2 Volatile Organic Compound (VOC) Pengertian dari volatile organic compounds (VOC) adalah senyawa kimia organik yang memiliki tekanan uap yang cukup tinggi pada kondisi normal untuk secara signifikan menguap dan memasuki atmosfir. Contoh dari VOC termasuk molekul berbasis karbon, seperti aldehydes, ketones, dan hydrocarbons. Uap dari VOC yang menguap bebas ke lingkungan sekitar berkontribusi besar terhadap polusi udara. Dalam kasus ini, VOC dibagi menjadi dua kategori, yaitu methane (CH 4 ) dan non-methane (NMVOC). Methane merupakan greenhouse gas yang sangat efektif berkontribusi terhadap masalah global warming. Hydrocarbon VOC lainnya juga merupakan greenhouse gas yang efektif karena perannya yang menciptakan lubang pada ozon serta memperpanjang umur methane di atmosfir. 7

3 Sedangkan NMVOC, senyawa aromatik benzene, toluene, dan xylene diduga sebagai carcinogens dan dapat menyebabkan leukimia melalui eksposure yang cukup lama [10]. 2.3 Stasiun Pengisian Bahan Bakar (SPBU) Sesuai dengan kepanjangannya, SPBU merupakan stasiun tempat masyarakat dapat membeli bahan bakar untuk kendaraan bermotornya. Seperti yang telah disebutkan di atas, PERTAMINA merupakan produsen utama bensin di Indonesia. Oleh karena itu PERTAMINA juga merupakan pengusaha utama SPBU di Indonesia Peralatan-Peralatan di SPBU Secara umum, peralatan-peralatan yang terdapat pada SPBU dapat dilihat pada gambar berikut: Gambar 2.1 Peralatan peralatan pada SPBU [12] Berikut penjelasan singkat dari setiap peralatan: tangki timbun, berupa tempat penampungan bensin yang terkubur di dalam tanah quick coupling, berupa tempat menyambung antara truk penyalur dengan hose hose, berupa selang penyalur dari mobil truk penyalur ke tangki timbun 8

4 fillpot, berupa tempat menyambung antara hose dengan tangki timbun rumah deepstick, berupa tempat alat pengukur ketinggian bensin dalam tangki timbun PV valve, berupa saluran penghubung antara tangki timbun dengan udara luar dispenser, berupa alat penyalur bensin dari tangki timbun ke kendaraan konsumen Proses Terjadinya Penguapan Bensin Proses penguapan bensin di SPBU terjadi di dua tempat, yaitu pada tangki timbun (Stage I) dan pada tangki kendaraan (Stage II): Gambar 2.2 Titik-titik terjadinya penguapan bensin di SPBU [12] Proses terjadinya penguapan bensin di Stage I terjadi sebagai berikut: a. Seperti yang telah dijelaskan di atas, bensin termasuk ke dalam volatile organic compound sehingga cenderung untuk menguap pada keadaan normal. Karena itu, bensin yang berada pada tangki timbun akan menguap hingga tercapai kesetimbangan tekanan dengan udara luar. b. Tekanan bensin tersebut akan berubah-ubah sesuai dengan temperatur lingkungan. Pada saat temperatur tinggi, bensin akan lebih banyak menguap yang menyebabkan kenaikan tekanan. Agar kesetimbangan tekanan tetap 9

5 terjaga, maka uap bensin tersebut akan menguap keluar melalui PV valve. Sebaliknya, pada saat temperatur rendah, bensin akan sedikit menguap sehingga tekanan akan turun dan menyebabkan udara luar masuk ke dalam tangki timbun melalui PV valve. c. Selain karena pengaruh temperatur, tekanan pada tangki timbun juga akan berubah-ubah pada saat proses loading dan unloading. Proses loading merupakan proses penyaluran bensin dari tangki timbun menuju dispenser, lalu menuju tangki kendaraan. Pada proses loading, volume bensin cair akan berkurang sehingga tekanan akan turun dan udara luar akan masuk ke dalam tangki timbun. Sedangkan proses unloading merupakan proses penyaluran bensin dari truk penyalur ke tangki timbun. Karena volume bensin cair bertambah, maka tekanan akan naik sehingga uap bensin akan menguap keluar dari tangki timbun. d. Selain di tangki timbun, penguapan bensin juga terjadi pada saluran udara di truk penyalur serta di fillpot akibat tumpahan bensin. Gambar 2.3 Grafik fluktuasi tekanan di tangki timbun [12] 10

6 Gambar 2.4 Penguapan di fillpot akibat tumpahan bensin Proses penguapan bensin di Stage II terjadi dengan prinsip yang sama dengan proses penguapan bensin di Stage I. Perbedaannya hanya pada tempat terjadinya penguapan bensin, yaitu di tangki kendaraan. Proses pengisian bensin akan menyebabkan volume bensin cair bertambah sehingga tekanan akan naik dan uap bensin akan menguap keluar dari tangki kendaraan. 2.4 Sistem Vapor Recovery yang Telah Dikembangkan Seperti yang telah disebutkan pada Bab I, di luar negeri telah banyak dikembangkan sistem vapor recovery dengan tujuan untuk mengurangi polisi udara yang ditimbulkan oleh penguapan bensin di SPBU. Sistem vapor recovery tersebut dikembangkan untuk memenuhi peraturan daerah yang ditetapkan oleh beberapa negara bagian di Amerika Serikat. Sistem vapor recovery tersebut dapat dibagi menjadi dua, yaitu sistem vapor recovery untuk Stage I dan sistem vapor recovery untuk Stage II Sistem Vapor Recovery Stage I Terdapat empat macam sistem vapor recovery Stage I berdasarkan cara kerjanya, yaitu: 11

7 a. Tipe koneksi Coaxial Tipe ini memiliki hanya satu bukaan pada tangki timbun dan membiarkan uap dan bensin untuk mengalir melalui satu pipa. Fuel drop tube dengan diameter 3 inch dimasukan ke dalam fill pipe dengan diameter 4 inch. Bensin mengalir turun melalui drop tube, sedangkan uap bensin mengalir ke atas di antara fill pipe dan drop tube. Sebuah coaxial drop elbow tersambung pada fill pipe yang membolehkan uap bensin untuk mengalir melalui selang dan masuk ke dalam mobil tangki. Gambar 2.5 Skema sistem vapor recovery tipe koneksi coaxial [13] b. Tipe koneksi Dual Point Tipe ini terdiri dari dua bukaan tangki timbun yang terpisah, biasanya berjarak 1 kaki satu sama lain. Satu bukaan untuk mengirimkan bensin dan yang lainnnya untuk melepaskan uap bensin kembali menuju mobil tangki. 12

8 Gambar 2.6 Skema sistem vapor recovery tipe koneksi dual point [13] c. Tipe koneksi Manifolded Tipe ini mirip dengan tipe koneksi dual point, tetapi pada tipe ini PV Valve dari kedua tangki saling terhubung. Hal ini memungkin untuk mengisi tangki timbun lebih dari satu pada saat yang bersamaan dan uap bensin dikembalikan melalui salah satu pipa vapor recovery. Gambar 2.7 Skema sistem vapor recovery tipe koneksi manifolded [13] 13

9 d. Tipe modul membran Seperti telah dijelaskan di atas, pada tangki timbun terjadi campuran antara uap bensin dengan udara luar untuk mencapai kesetimbangan tekanan di dalam tangki timbun dengan udara lingkungan. Karena itu, tipe ini menggunakan modul membran untuk memisahkan antara uap bensin dengan udara luar. Setelah dipisahkan, uap bensin dikembalikan ke dalam tangki timbun dan udara luar dibiarkan mengalir keluar untuk tetap menjaga kesetimbangan tekanan. Berikut beberapa contohnya sistem vapor recovery tipe modul membran: VAPORSAVER (Denaro. CO, LTD) Gambar 2.8 Foto VAPORSAVER beserta skema cara kerjanya [14] 14

10 PERMEATOR (Arid Technologies, Inc.) Gambar 2.9 Foto PERMEATOR beserta skema cara kerjanya [7] Sistem Vapor Recovery Stage II Pada prinsipnya, sistem vapor recovery stage I memiliki cara kerja yang sama dengan sistem vapor recovery stage I tipe koneksi coaxial. Sistem vapor recovery stage II menggunakan selang khusus yang terdiri dari pipa di dalam pipa seperti gambar di bawah ini: Gambar 2.10 Selang coaxial pada sistem vapor recovery stage II [15] 15

11 Selain menggunakan selang khusus, sistem vapor recovery stage II juga menggunakan nozzle khusus. Terdapat dua macam nozzle khusus tersebut, yaitu: a. non-booted nozzle Tipe ini dilengkapi dengan splash guard yang didesain untuk melindungi pemakai apabila mekanisme automatic shut-off tidak bekerja dengan sempurna. Tipe ini digunakan pada sistem yang diset pada tingkat vakum tinggi sehingga tidak diperlukan boot. Gambar 2.11 Gambar dan skema non-booted nozzle [15] b. booted nozzle Tipe ini didesain untuk membantu sistem vapor recovery dengan cara menyimpan uap bensin pada ruang tertutup hingga terjadi vakum pada pompa bensin yang menarik uap tersebut ke vapor return line pada selang. Tipe ini digunakan pada sistem dengan tingkat vakum rendah sehingga uap perlu untuk disimpan ketika keadaan vakum menarik uap tersebut kembali ke tangki timbun. Gambar 2.12 Gambar dan skema booted nozle [15] 16

12 2.5 Membran Kata membran berasal dari bahasa latin membrana yang berarti kulit (Jones, 1987). Sekarang kata membran banyak diartikan sebagai lapisan fleksibel tipis, yang bertindak sebagai lapisan batas yang selektif diantara dua phasa yang disebabkan oleh sifat semipermeable nya. Membran sendiri dapat diartikan sebagai suatu lapisan penghalang tipis diantara dua fasa yang mengizinkan perpindahan khusus dari suatu molekul [16]. Gambar 2.13 Proses perpindahan pada membran [16] Klasifikasi Membran Membran dapat diklasifikasikan berdasarkan titik pandang yang berbedabeda. Pengklasifikasian membran yang paling dasar adalah berdasarkan alam, yaitu membran biologis dan membran buatan. Membran biologis adalah membran yang secara alami telah terdapat di alam, misalnya paru-paru manusia, akar tumbuhan, dan lain-lain. Membran buatan sendiri dapat dibagi lagi menjadi dua macam, yaitu membran organik dan membran inorganik. Contoh dari membran organik yaitu membran polimer, sedangkan contoh dari membran inorganik adalah membran keramik atau membran logam [16]. Gambar 2.14 Contoh membran biologis [3] 17

13 Gambar 2.15 Contoh membran buatan [3] Membran dapat diklasifikasikan juga berdasarkan struktur dan morfologinya, yaitu membran simetrik dan membran asimetrik. Membran simetrik memiliki struktur yang sama disetiap bagiannya. Jenis dari membran simetrik adalah membran berpori, tidak berpori, dan berpori silinder. Sedangkan membran asimetrik memiliki struktur yang tidak sama di setiap tempat dapat mempunyai lapisan dan sublapisan. Membran asimetrik sendiri terdiri atas membran berpori dengan lapisan atas (toplayer). Gambar 2.16 Gambar skematik dari membran simetrik dan asimetrik [16] 18

14 Mekanisme Kerja Membran Berdasarkan tujuannya, pemisahan dengan membran dapat diklasifikasikan sebagai berikut: Pengkonsentrasian, merupakan proses pemisahan dari komponen dengan konsentrasi yang rendah ke konsentrasi tinggi. Pemurnian, merupakan proses pemisahan pengotor yang tidak diharapkan. Fraksinasi, merupakan proses pemisahan campuran menjadi dua komponen atau lebih. Membran reaktor, merupakan proses kombinasi reaksi kimia atau biokimia untuk mempercepat laju reaksi dengan cara pemisahan produk secara kontinyu. Ciri-ciri pemisahan dengan membran adalah aliran umpan dibagi menjadi dua, yaitu retentat dan permeat. Umpan akan masuk ke dalam membran, lalu mengalami proses difusi selektif dan akhirnya keluar (terdesorpsi). Aliran umpan yang di-reject akan menuju retentat, sisanya akan menuju permeat. Gambaran umum pemisahan dengan membran dapat dilihat pada gambar berikut : umpan retentat permeat Gambar 2.17 Skema proses membran [16] Perpindahan massa melalui membran terjadi karena adanya driving force dari komponen umpan. Pada umumnya laju permeasi melalui membran sebanding dengan besarnya driving force. Driving force tersebut dapat berupa perbedaan tekanan, konsentrasi, temperatur atau potensial listrik. Keuntungan dari teknologi membran adalah: Dapat dikombinasikan dengan proses pemisahan lain (hybrid processing). Tidak mempunyai limbah. 19

15 Tidak memerlukan tempat yang luas. Up-scalingnya mudah. Sifat membran bervariasi dan dapat diatur Jenis Jenis Proses Pemisahan Membran Seperti telah disebutkan di atas, syarat terjadinya proses pemisahan pada membran adalah adanya gaya penggerak atau driving force. Tabel berikut menunjukan beberapa jenis proses pemisahan membran berdasarkan driving force yang digunakan. Tabel 2.2 Jenis - Jenis Proses Pemisahan Membran Berdasarkan Driving Force [16] Driving Force Perbedaan Tekanan Perbedaan Konsentrasi Perbedaan Temperatur Perbedaan Potensi Listrik Proses pemisahan membran Mikrofiltrasi Ultrafiltrasi Nanofiltrasi Reverse Osmosis Piezodyalisis Gas separation Pervaporasi Dialysis Diffusion Dyalisis Membran Distilasi Elektrodialisis Elektrolisis Setiap proses pemisahan tersebut memiliki ciri khas dan aplikasinya masing-masing. Berikut akan dibahas proses-proses yang umum digunakan di Industri, yaitu Mikrofiltrasi, Ultrafiltrasi, Reverse Osmosis, dan Pervaporasi. Proses Gas Separation juga akan dibahas karena proses inilah yang akan digunakan dalam merancang vapor recovery system menggunakan teknologi membran. 20

16 Mikrofiltrasi, Ultrafikasi dan Reverse Osmosis Ketiga proses ini pada dasarnya merupakan proses dengan metode pemisahan yang serupa yakni penyaringan molekul-molekul melalui pori-pori yang sangat kecil. Membran mikrofiltrasi menyaring partikel-partikel koloid dan bakteri dengan pori berdiameter 0.05 hingga 10 µm. Membran ultrafiltrasi dapat digunakan untuk menyaring molekul-molekul terlarut dari pelarutnya seperti protein dengan pori berdiameter 0.05 µm hingga 1 nm. Mekanisme pemisahan dengan reverse osmosis cukup berbeda. Pada proses ini, diameter pori membran sangat kecil antara 3 µm sampai 5 µm yang berada dalam jangkauan pergerakan termal dari rantai polimer yang menyusun membran. Mekanisme perpindahan pada membran jenis ini umumnya disebut model solution-diffusion. Menurut model ini komponen dapat melewati membran dengan cara larut dalam material membran dan berdifusi menuju konsentrasi yang lebih rendah. Pemisahan terjadi akibat perbedaan solubilitas dan mobilitas dari komponen-komponen dalam membran. Contoh aplikasi reverse osmosis yang paling sering dijumpai ialah desalinasi air laut dan air tanah. Gambar berikut menunjukan perbedaan ukuran pori pada ketiga proses ini. Meskipun ketiga proses ini secara konseptual merupakan proses yang sama, namun perbedaan diameter pori memberikan perbedaan yang signifikan terhadap cara penggunaannya. Gambar 2.18 Perbandingan diameter pori pada Reverse Osmosis, Ultrafikasi, dan Mikrofiltrasi [17] Pervaporasi Pervaporasi merupakan proses relatif baru yang memiliki elemen-elemen yang serupa dengan reverse osmosis dan gas separation. Pada pervaporasi, 21

17 campuran cair memasuki sisi umpan pada membran dan permeate dikeluarkan sebagai uap dari sisi sebaliknya. Driving force pada proses ini adalah tekanan uap yang rendah pada sisi permeat yang dihasilkan dengan mendinginkan dan mengkondensasikan uap permeat. Hal yang menarik dari proses pervaporasi adalah bahwa pemisahan yang diperoleh akan proporsional terhadap laju permeasi komponen campuran yang melewati membran. [17] Gas Separation Gas separation umumnya dilakukan dengan menggunakan membran nonporous. Proses perpindahan pada proses ini terjadi akibat perbedaan solubilitas dan diffusivitas berbagai komponen pada membran. Skema model pemisahan solution-diffusion diilustrasikan pada gambar berikut [18] : Gambar 2.19 Skema proses pemisahan model solution-diffusion [18] Menurut model solution-diffusion, perpindahan massa melewati membran terjadi melalui tiga langkah yang berurutan yakni: 1. Penyerapan (sorption) komponen-komponen dari umpan menuju membran pada sisi hulu. 2. Difusi komponen-komponen yang terserap melewati membran 3. Desorption komponen-komponen dari membran pada sisi permeat. Asumsi dasar yang digunakan pada model ini adalah keberadaan kesetimbangan fasa termodinamik pada kedua permukaan membran yang berkontak dengan umpan dan permeate. Langkah penyerapan (sorption) umumnya merupakan proses yang cepat. Langkah diffusi merupakan langkah dasar yang 22

18 menentukan kecepatan permeasi. Perbedaan kecepatan difusi berbagai molekul pada membran merupakan prinsip dasar pemisahan pada proses ini. Langkah desorption umumnya merupakan langkah yang cepat, dan tidak mempengaruhi permeasi. Oleh karena itu dua langkah pertama, sorption dan diffusion menentukan selektivitas membran. Untuk proses pemisahan VOC dengan udara, pemisahan didasarkan pada diffusi dan dissolution VOC melewati membran. Driving force yang digunakan adalah perbedaan potensi kimia antara sisi umpan dan sisi permeat, yang biasanya diperoleh dengan menciptakan tekanan pada permeat lebih rendah dari tekanan umpan. Proses difusi pada membran dapat didekati oleh hukum Fick yakni: dci Qi = Di dx (2.1) dimana : Q i = flux D i = koefisien diffusivitas komponen i pada membran x = jarak tegak lurus dari permukaan membran yang berkontak dengan umpan C i = konsentrasi komponen i pada membran pada posisi tertentu Dengan mengasumsikan bahwa koefisien difusivitas konstan dan proses penyerapan gas mengikuti hukum Henry yakni: C = S P i i i dimana : S i = koefisien solubilitas P i = tekanan parsial Maka persamaan (2.1) dapat diubah menjadi: Q i ΔCi = Di l Di SiΔp = l i Pi Δp = l i (2.2) (2.3) dimana : Δp i = perbedaan tekanan parsial antara dua sisi membran l = ketebalan membran P i = koefisien permeabilitas komponen i yang merupakan hasil perkalian koefisien diffusi D i dengan koefisien solubilitas S i 23

19 Koefisien difusivitas cenderung meningkat dengan meningkatnya diameter komponen permeat karena molekul besar akan berinteraksi lebih banyak dengan rantai polimer sehingga mobilitasnya rendah. Difusivitas secara umum bergantung pada temperatur operasi dan konsentrasi umpan. Persamaan (2.3) memperlihatkan bahwa sorption dan difusi mempengaruhi proses permeasi pada membran, oleh karena itu perlu dipilih material membran yang memiliki sifat solubilitas dan difusivitas yang baik Karakteristik Performansi Membran pada Proses Gas Separation Performansi pemisahan sebuah membran pada proses gas separation umumnya dinyatakan sebagai permeance (J) dan selektivitas (α) sebagai berikut : J = α i / j Q Δp Yi Y j = X i X j dimana : Yi = konsentrasi komponen i pada permeat (2.4) (2.5) Yj = konsentrasi komponen j pada permeat Xi = konsentrasi komponen i pada umpan Xj = konsentrasi komponen j pada umpan Karena umumnya konsentrasi di permeate lebih besar dari pada umpan maka nilai selektivitas lebih besar dari 1. Jika nilai selektivitas sama dengan 1 maka tidak akan terjadi proses pemisahan. Permeance (J), yang merupakan nilai fluks permeasi dibandingkan dengan perbedaan tekanan pada membran, menggambarkan produktivitas membran. Semakin tinggi permeabilitas sebuah membran semakin banyak produk yang dihasilkannya. Seperti yang telah diterangkan diatas, faktor yang sangat mempengaruhi besar koefisien permeabilitas adalah koefisien solubilitas (S) dan koefisien difusivitas (D). Dengan demikian hal yang dapat dilakukan pada suatu material membran untuk meningkatkan produktivitasnya adalah dengan mengurangi ketebalan dari membran. Hal ini dapat dilihat dari persamaan (2.3). 24

20 Selektivitas yang didefinisikan pada persamaan (2.5) tidak memiliki satuan konsentrasi tertentu dan sering dinyatakan dalam % konsentrasi. Semakin besar nilai selektivitas maka semakin baik proses pemisahan yang terjadi. Sebuah membran yang ideal adalah membran yang dapat melewatkan suatu komponen secara keseluruhan sambil menahan komponen lainnya secara keseluruhan pula, dengan demikian maka nilai selektivitasnya akan sangat besar [17] Modul Membran Untuk mengaplikasikan membran pada skala teknik (industri), biasanya diperlukan luas membran yang sangat besar. Ukuran terkecil unit membran dimana area membran dikemas kedalamnya disebut modul membran. Modul membran memegang peranan yang penting dalam proses instalasi membran. Skema umum dari sebuah modul membran ditunjukan pada gambar Modulmodul ini dapat dipasang baik secara seri maupun secara paralel. Penyusunan membran secara seri akan meningkatkan selektivitas, sementara penyusunan membran secara paralel akan meningkatkan permeasi/produktivitas membran. Gambar 2.20 Skema umum modul membran [16] Beberapa jenis modul membran yang ada sekarang pada dasarnya dapat dibagi menjadi 2 konfigurasi yaitu: Flat, contoh: flat and frame module dan spiral wound module Tubular, contoh: tubular module, capillary module dan spiralwound module Pemilihan dari jenis modul membran yang akan digunakan pada suatu aplikasi umumnya didasarkan pada aspek-aspek sebagai berikut: Packing density Manajemen fluida Kemampuan menampung SS 25

21 Kemudahaan cleaning Kemudahaan penggantian Energi Biaya investasi Variabel cost Aspek-aspek lain seperti: kemudahan perawatan, kemudahan pengoperasian, kekompakan sistem, kemungkinan penggantian membran dll. Tabel berikut menunjukan perbandingan berbagai jenis modul membran terhadap aspek-aspek diatas. Tabel 2.3 Perbandingan beberapa modul membran dari beberapa aspek [19] Konfigurasi karakteristik Plate & frame Spiral wound Shell & tube Hollow fiber Packing density Cukup Cukup Rendah Tinggi (m2/m3) ( ) ( ) ( ) ( ) Manajemen fluida Baik Baik Kurang Baik Kemampuan menampung SS Kemudahan pencucian Replacement (penggantian) Cukup Rendah Baik Rendah Sedang Kadang-kadang sulit Mudah Mudah (jika ada halangan (memungkink dari spacer) an untuk backflushing) Sheet/ cartridge Element Tube/element Element Energi Rendah-sedang Sedang (spacer Tinggi (turbulen) Rendah (aliran laminar) pressure losses) (laminar atau dead-end) 26

22 Gambar berikut menunjukkan berbagai jenis modul membran yang umum digunakan pada berbagai aplikasi industri membran. Gambar 2.21 Modul membran flat & frame Gambar 2.22 Modul membran spiral wound Gambar 2.23 Modul membran shell & tube 27

23 Gambar 2.24 Modul membran hollow fiber 2.6 Pompa Vakum Pada proses gas separation, driving force yang digunakan dapat berupa perbedaan tekanan maupun perbedaan konsentrasi. Untuk aplikasi pemisahan VOC dengan udara, driving force yang menyebabkan proses pemisahan adalah perbedaan potensi kimia antara sisi umpan dengan sisi permeate. Driving force ini diperoleh dengan mempertahankan tekanan permeate lebih rendah dari tekanan umpan. Oleh karena itu pada vapor recovery system, pada sisi permeat akan dihubungkan dengan pompa vakum untuk mempertahankan tekanan permeat lebih rendah dari tekanan umpan. Gambar berikut menggambarkan skema umum proses pemisahan VOC dengan udara. Gambar 2.25 Skema umum proses pemisahan VOC dengan udara [16] Pompa vakum adalah sebuah pompa yang memindahkan molekul gas dari sebuah volume terutup untuk menyisakan tekanan vakum parsial. Pompa vakum pertama kali ditemukan pada tahun Secara umum pompa vakum dikategorikan menjadi dua yakni transfer pumps dan trapping pumps. Jenis 28

24 pompa vakum yang akan digunakan pada sistem vapor recovery adalah jenis transfer pumps. Transfer pumps sering juga disebut sebagai pompa kinetik karena pompa ini memberikan momentum kepada gas yang didorong sedemikian rupa sehingga gas berpindah secara kontinu dari bagian masukan ke bagian keluaran pompa. Hal ini biasa terjadi akibat adanya bagian yang bergerak secara mekanik (umumnya rotasi) untuk memberikan percepatan pada molekul-molekul gas dan membuat bagian tertentu memiliki tekanan yang rendah. Dengan demikian molekulmolekul akan bergerak menuju bagian tersebut. Prosedur tersebut bekerja berulang kali hingga semua molekul keluar dari tempat yang diinginkan terjadi kondisi vakum. Gambar berikut menggambarkan skema kerja dari sebuah pompa vakum tersebut: Gambar 2.26 Skema kerja pompa vakum jenis transfer pump Energi yang diperlukan oleh pompa vakum dalam sistem ini dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut [3] : nrt Ph E = ln η P dimana: E η n R T l (2.6) = daya pompa = efisiensi pompa = jumlah mol yang dipompakan setiap detiknya = konstanta gas universal (8.314 j/mk) = temperatur operasi P h /P i = perbandingan tekanan pada kedua sisi pompa 29