SIMULASI KONSUMSI ENERGI PEMURNIAN BIOETANOL MENGGUNAKAN VARIASI DIAGRAM ALIR DISTILASI EKSTRAKTIF DENGAN KONFIGURASI, V

dokumen-dokumen yang mirip
SIMULASI KONDISI OPERASI KOLOM DISTILASI EKSTRAKTIF DENGAN DIVIDING WALL COLUMN UNTUK PEMURNIAN ETANOL

Simulasi Kolom Distilasi Ekstraktif untuk Proses Dehidrasi Etanol Menggunakan Etilen Glikol-Gliserol

Simulasi Proses Dehidrasi Etanol dengan Kolom Distilasi Azeotrop Menggunakan Isooktan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Simulasi Pembuatan Etil Asetat Menggunakan Reactive Dividing Wall Column Dengan Katalis Asam Sulfat

DATA KESETIMBANGAN UAP-AIR DAN ETHANOL-AIR DARI HASIL FERMENTASI RUMPUT GAJAH

Pembimbing: Prof.Ir. Renanto Handogo, MS. PhD. Ir.Musfil A.S,M.Eng,Sc.

BASIC OF SHORT CUT & RIGOROUS COLUMN DISTILLATION SIMULATION IN HYSYS. CREATED BY DENNY FIRMANSYAH

OPTIMASI KOLOM DISTILASI REAKTIF- EKSTRAKTIF UNTUK PROSES PEMBUATAN METHYLAL

Pengaruh Suhu dan Tekanan Tangki Destilasi terhadap Kinerja Permeasi Uap dengan Membran Keramik dalam Pemurnian Larutan Etanol-Air

Etanol akan membentuk campuran azeotrop dengan air sehingga sulit

EVALUASI KOLOM DISTILASI BUTANOL-AIR DENGAN INTEGRASI PANAS UNTUK MENDAPATKAN TOTAL ANNUAL COST (TAC) MINIMUM

Simulasi Aplikasi Kendali Multi-Model pada Plant Kolom Distilasi ABSTRAK

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

LAPORAN HASIL PENELITIAN

TEKNOLOGI HEMAT ENERGI UNTUK PRODUKSI ALKOHOL FUEL GRADE YANG EFISIEN

PENGUKURAN KESETIMBANGAN UAP-CAIR SISTEM BINER 2-BUTANOL + GLISEROL, SISTEM TERNER METANOL + 2-BUTANOL +GLISEROL DAN ETANOL + 2-PROPANOL + GLISEROL

BAB I DISTILASI BATCH

FISIKA 2. Pertemuan ke-4

c. Kenaikan suhu akan meningkatkan konversi reaksi. Untuk reaksi transesterifikasi dengan RD. Untuk percobaan dengan bahan baku minyak sawit yang

Pengendalian Sistem Kolom Distilasi Campuran Azeotrop Heterogen Butanol-Air Menggunakan Model Predictive Control (MPC)

EVALUASI PEMISAHAN ISOAMIL ALKOHOL DARI HASIL BAWAH PROSES DISTILASI LUTTER WASER DENGAN DISTILASI BATCH. Ani Purwanti 1* dan Sumarni 2

PRODUKSI ALKOHOL FUEL GRADE DENGAN PROSES DISTILASI EKSTRAKTIF

PEMBUATAN BIOETANOL DARI BUAH SALAK DENGAN PROSES FERMENTASI DAN DISTILASI

BAB IV. PERHITUNGAN STAGE CARA PENYEDERHANAAN (Simplified Calculation Methods)

UJI KINERJA KOLOM ADSORPSI UNTUK PEMURNIAN ETANOL SEBAGAI ADITIF BENSIN BERDASARKAN LAJU ALIR UMPAN DAN KONSENTRASI PRODUK

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang

BAB 1 PENDAHULUAN Judul Penelitian

DATA KESETIMBANGAN UAP-AIR DAN ETHANOL-AIR DA- RI HASIL FERMENTASI RUMPUT GAJAH

KARAKTERISTIK GAS BUANG YANG DIHASILKAN DARI RASIO PENCAMPURAN ANTARA GASOLINE DAN BIOETANOL

LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA ORGANIK. Pemisahan dan Pemurnian Zat Cair. Distilasi dan Titik Didih. Nama : Agustine Christela Melviana NIM :

Laboratorium Perancangan dan Pengendalian Proses Jurusan Teknik Kimia Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

EVALUASI ENERGY SAVING DAN CAPITAL COST KOLOM DISTILASI PETLYUK DAN DIVIDED WALL DISTILLATION COLUMN DWDC UNTUK PEMISAHAN TIGA KOMPONEN

SIMULASI PENGARUH TEMPERATUR, TEKANAN, KOSENTRASI UMPAN DAN POROSITAS UNGGUN DALAM REAKSI DEHIDRASI BIOETANOL MENJADI BIOETILEN

BAB II. KESEIMBANGAN

PEMURNIAN ETHANOL TEKNIS MENJADI ETHANOL ABSOLUT SECARA BATCH DAN KONTINYU DENGAN ADSORBENT TEPUNG JAGUNG

PENGUKURAN KESETIMBANGAN UAP-CAIR ISOTHERMAL

LAPORAN TUGAS AKHIR PEMANFAATAN TONGKOL JAGUNG SEBAGAI BAHAN BAKU BIOETANOL DENGAN PROSES HIROLISIS H 2 SO 4 DAN FERMENTASI SACCHAROMYCES CEREVICEAE

PEMANFAATAN SINGKONG PAHIT SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN BIOETANOL SECARA FERMENTASI MENGGUNAKAN Saccharomyces Cerevisiae

SIMULASI PENGEMBANGAN PROSES PEMBUATAN GTBE YANG BERBASIS GLISEROL UNTUK ADITIF BIODIESEL

STRATEGI KONTROL KOLOM DISTILASI TUNGGAL SISTEM BINER METANOL-AIR

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

DESAIN PENGONTROL MULTI INPUT MULTI OUTPUT LINEAR QUADRATIK PADA KOLOM DISTILASI

II. DESKRIPSI PROSES

No Urut : 120/S2-TL/TPL/1999

Kesetimbangan Fasa Cair-Cair dan Cair Uap

BIOETHANOL. Kelompok 12. Isma Jayanti Lilis Julianti Chika Meirina Kusuma W Fajar Maydian Seto

Pemisahan Distilasi Azeotrop. Heri Rustamaji. Referensi:

PEMANFATAAN AMPAS TAHU MENJADI BIOETANOL DENGAN PROSES FERMENTASI DAN HIDROLISA H 2 SO 4

DISTILASI 08/03/2018 Nur Istianah-KP1-Distilasi-2015

KESETIMBANGAN UAP-CAIR-CAIR SISTEM BINER n-butanol+air DAN ISOBUTANOL+AIR PADA kpa

Preliminary Study of Methyl Acetate Hydrolysis Using Reactive Dividing Wall Column

ANALISIS KADAR BIOETANOL DAN GLUKOSA PADA FERMENTASI TEPUNG KETELA KARET (Monihot glaziovii Muell) DENGAN PENAMBAHAN H 2 SO 4

APLIKASI PEMBUATAN BIOETANOL DENGAN PROSES FERMENTASI DAN DISTILASI BERBAHAN DASAR BUAH PISANG

2. Fase komponen dan derajat kebebasan. Pak imam

LEVEL -04 SISTEM PEMISAHAN

PENGARUH REFLUK RASIO DAN SUHU PEMASUKAN CACL2 TERHADAP KEMURNIAN ETANOL DENGAN PELARUT ACETONITRILE

Kondisi Optimum Pemisahan Aseton dari Campuran Aseton-Etanol-Air-n Butanol Dengan Kolom Distilasi Vacuum

DISTILASI BERTAHAP BATCH (DBB)

Pengaruh Hidrolisa Asam pada Proses Pembuatan Bioetanol dari Pati Ganyong (Canna edulis Ker.) dengan Proses Fermentasi Anaerob

PEMANFAATAN BUAH NANAS SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN BIOETANOL

PEMBUATAN BIOETANOL DARI MINUMAN SERBUK AFKIR

LAPORAN TUGAS AKHIR PEMANFAATAN NIRA SIWALAN UNTUK PRODUKSI BIOETANOL DENGAN PROSES FERMENTASI DAN DISTILASI

BAB III. PERHITUNGAN STAGE SEIMBANG

BAB I PENDAHULAN. 1.1 Latar Belakang

KESETIMBANGAN UAP-CAIR (VLE) ETHANOL-AIR DARI HASIL FERMENTASI RUMPUT GAJAH

BAB I PENDAHULUAN. minyak bumi pun menurun. Krisis energi pun terjadi pada saat ini, untuk

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pemodelan Kolom Distilasi Pabrik Petrokimia dengan Menggunakan Distributed Control System

RANCANG BANGUN TEKNOLOGI DESTILASI BIOETANOL UNTUK BAHAN BAKAR TERBARUKAN

PENGUJIAN MODEL BURNER KOMPOR BIOETANOL DENGAN VARIASI VOLUME BURNER CHAMBER 50 cm 3, 54 cm 3, 60 cm 3, 70 cm 3

Laporan Praktikum Kimia Fisik

Studi Input Energi pada Proses Penyulingan Minyak Atsiri Nilam dengan Sistem Boiler (Studi Kasus Unit Pengolahan minyak Nilam Kesamben-Blitar)

PEMANFAATAN UMBI UWI (Dioscorea alata L) SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN BIOETANOL DENGAN FERMENTASI OLEH SACHAROMYCES CEREVICEAE

LAPORAN SKRIPSI ANALISA DISTRIBUSI TEMPERATUR PADA CAMPURAN GAS CH 4 -CO 2 DIDALAM DOUBLE PIPE HEAT EXCHANGER DENGAN METODE CONTROLLED FREEZE OUT-AREA

PENGUKURAN KESETIMBANGAN UAP-CAIR SISTEM BINER ETANOL+ETIL ASETAT DAN ETANOL+ ISOAMIL ALKOHOL PADA TEKANAN 101,33 kpa, 79,99 kpa dan 26,67 kpa

KESETIMBANGAN UAP-CAIR SISTEM ETHANOL + 2-PROPANOL + ISOOCTANE PADA TEKANAN ATMOSFERIK

PENGAMBILAN AIR DARI SISTEM ISOPROPIL ALKOHOL AIR DENGAN DISTILASI ADSORPTIF MENGGUNAKAN ZEOLIT ALAM DAN SILIKA GEL

DAFTAR LAMPIRAN...xi

Kesetimbangan Fasa Bab 17

I Gede Pandega W*, Tedi Hudaya, dan Philander

BAB I PENDAHULUAN. disegala bidang industri jasa maupun industri pengolahan bahan baku menjadi

DESAIN ALAT DISTILASI UNTUK MEMPEROLEH ETANOL DENGAN KADAR OPTIMUM

OPTIMASI PROSES PADA KOLOM DE-ETHANIZER LPG PLANT DI PT. SURYA ESA PERKASA (SEP) MENGGUNAKAN ASPEN HYSYS OPTIMIZER LAPORAN TUGAS AKHIR

Fuel Grade Ethanol Production by Batch Distillation Using Ternary Components

BAB I PENDAHULUAN. 1 Prarancangan Pabrik Dietil Eter dari Etanol dengan Proses Dehidrasi Kapasitas Ton/Tahun Pendahuluan

PENGETAHUAN PROSES PADA UNIT SINTESIS UREA

LAPORAN AKHIR PENGARUH PENAMBAHAN MASSA RAGI DAN WAKTU FERMENTASI HASIL HIDROLISA PATI BIJI DURIAN MENJADI BIOETANOL

DAFTAR ISI HALAMAN PERNYATAAN KATA PENGANTAR DAFTAR SIMBOL DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR ABSTRACT Latar Belakang Keaslian Penelitian 5

J.Oto.Ktrl.Inst (J.Auto.Ctrl.Inst) Vol 5 (2), 2013 ISSN :

Kata kunci : Absorber, Konsentrasi Benfield, Laju Alir Gas Proses, Kadar CO 2, Reboiler Duty, Aspen Plus

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

PENGARUH PENAMBAHAN ZAT ELEKTROLIT (NaOH/KOH) PADA CAMPURAN BINER ETANOL-AIR

PEMANFAATAN PATI GARUT(Maranta arundinaceae) SEBAGAI BAHAN BAKU PEMBUATAN BIOETANOL DENGAN FERMENTASI OLEH SACHAROMYCES CEREVICEAE

Prarancangan Pabrik Biodiesel dari Biji Tembakau dengan Kapasitas Ton/Tahun BAB I PENDAHULUAN

II. PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES

BAB III RANCANGAN PENELITIAN

LAPORAN TUGAS AKHIR PEMANFAATAN BUAH PEPAYA

PERBANDINGAN BIDANG API ISOTHERMAL KOMPOR ENGKEL DINDING API TUNGGAL DAN DINDING API GANDA BERBAHAN BAKAR BIOETHANOL

Transkripsi:

SIMULASI KONSUMSI ENERGI PEMURNIAN BIOETANOL MENGGUNAKAN VARIASI DIAGRAM ALIR DISTILASI EKSTRAKTIF DENGAN KONFIGURASI, V Johana Tanaka* dan Dr. Budi Husodo Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik Parahyangan Jl. Ciumbuleuit 94, Bandung 40141, Indonesia *)Penulis korespondensi : johana.tanaka06@gmail.com ABSTRAK Distilasi ekstraktif merupakan salah satu cara separasi etanol dari air yang dapat mencapai keadaan etanol murni. Variasi diagram alir proses distilasi ekstraktif memiliki pengaruh terhadap konsumsi energi yang diperlukan untuk pemurnian etanol-air sampai fuel grade. Untuk mengetahui konsumsi energi pada variasi diagram alir proses distilasi ekstraktif maka diperlukan simulasi. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini adalah model kolom distilasi ekstraktif berhasil divalidasi. Pada rasio refluks konstan, harga reboiler duty yang semakin besar menyebabkan kemurnian etanol yang semakin kecil. Temperatur umpan yang semakin dinaikkan menghasilkan konsumsi energi yang semakin kecil serta laju alir umpan yang diperbesar menyebabkan reboiler duty yang semakin besar juga untuk harga kemurnian etanol yang sama yaitu 99,5%-mol. Diagram alir dengan recycle solvent dan pemanfaatan panas menghemat energi 6-8% dan diagram alir fully thermally coupled menghemat energi 37-50% jika dibandingkan dengan diagram alir dengan aliran umpan dan pelarut yang terpisah. Rasio refluks memiliki pengaruh yang lebih besar terhadap kemurnian etanol dibandingkan dengan reboiler duty. Kata kunci : distilasi ekstraktif, konsumsi energy, pemurnian bioetanol ABSTRACT Extractive distillation is one of the ethanol separation methods from water that can reach the pure ethanol condition. Process flow diagram variation in this extractive distillation can affect the energy consumption needed to purify ethanol from water until fuel grade condition. Simulation was conducted to know the energy consumption in process flow diagram variation of extractive distillation. The result obtained from this experiment is that the extractive distillation column model validate successfully. In the constant reflux ratio, the increase of reboiler duty value causing the smaller purity of ethanol. The increase of feed temperature causing decrease of energy consumption, while the increase of feed flow causing bigger reboiler duty for the same 99.5%-mole of ethanol purity. Recycle solvent and heat utilization flow diagram save 6-8% of energy and fully thermally coupled flow diagram save 37-50% of energy, compared to the separated feed and solvent flow diagram. The reflux ratio has bigger impact than reboiler duty to the ethanol purity. Keywords : extractive distillation, energy consumption, purifying bioethanol 1

PENDAHULUAN Etanol adalah salah satu bahan bakar terbarukan yang memberikan kontribusi besar untuk mengurangi penggunaan bahan bakar fosil. Namun sayangnya, produksi etanol tidaklah mudah dan menggunakan proses-proses yang kompleks. Akibat terus berkurangnya sumber daya minyak di negara-negara besar ditambah masalah lingkungan dan kepedulian masyarakat dunia terhadap krisis lingkungan ini, bioetanol menjadi energi alternatif yang layak dan realistik untuk diproduksi dengan dukungan teknologi saat ini. Dalam proses produksinya, bahan baku pangan seperti tebu atau jagung yang mempunyai kandungan energi tinggi maupun biomassa lignoselulosa (kayu, dedaunan, bonggol jagung) dan lainnya perlu melalui beberapa tahap yang kompleks. Kompleksitas proses ini menjelaskan bahwa produksi bioetanol memerlukan biaya tinggi dan alasan bahan bakar etanol belum dapat menjadi bahan bakar utama menggantikan bahan bakar fosil yang produksinya lebih murah. Oleh karena itu, pengembangan teknologi yang hemat biaya untuk produksi bahan bakar etanol adalah prioritas bagi banyak pusat penelitian, universitas dan perusahaan swasta, dan bahkan bagi pemerintah. Karena teknologi untuk produksi etanol (terutama dari biomassa lignoselulosa) sudah ada namun belum dikembangkan lebih jauh, penerapan rekayasa proses diperlukan salah satunya menggunakan simulasi konsumsi energi. Rekayasa proses diterapkan pada produksi bahan bakar etanol mencakup desain proses baru yang inovatif dan konfigurasi yang bertujuan mengurangi biaya produksi etanol. [1] Etanol adalah salah satu bahan bakar terbarukan yang memberikan kontribusi besar untuk mengurangi penggunaan bahan bakar fosil terutama gasoline. Etanol dapat menjadi bahan bakar campuran untuk bahan bakar fosil yaitu gasoline atau yang lebih dikenal di Indonesia dengan nama premium. Etanol yang dapat digunakan dalam campurannya dengan premium haruslah etanol murni (anhydrous ethanol). Sayangnya saat ini etanol belum dapat digunakan sebagai bahan bakar komersil untuk masyarakat luas di Indonesia karena harganya yang belum dapat bersaing dengan bensin sebagai bahan bakar fosil yang paling umum digunakan masyarakat. Hal ini disebabkan karena etanol saat ini masih dikenakan biaya cukai yang cukup besar sedangkan bensin merupakan bahan bakar yang mendapatkan subsidi dari pemerintah. METODE PENELITIAN Prosedur Kerja Penelitian dilakukan dalam 4 tahapan, yaitu studi literature dan simulator Aspen Plus, pembuatan model proses, validasi model proses, dan simulasi proses. Model kolom RadFrac dipilih berdasarkan pada asumsi terjadinya kesetimbangan fasa uap cair di setiap tahap. Beberapa model termodinamika campuran biner untuk sistem uap cair adalah NRTL, UNIFAC, UNIQUAC, dan WILSON. Validasi dilakukan dengan membandingkan hasil simulasi dari model proses dengan data yang diperoleh dari 2

literatur. Model yang telah valid kemudian digunakan untuk simulasi konsumsi energi variasi diagram alir distilasi ekstraktif. Rancangan Percobaan Dalam tahapan simulasi, temperatur umpan akan divariasikan pada diagram alir yang pertama sehingga memunculkan dasar penggunaan diagram alir yang kedua. Laju alir umpan akan divariasikan pada ketiga diagram alir sehingga diperoleh masing-masing harga konsumsi energi. Simulasi berikutnya dengan memvariasikan rasio refluks untuk membandingkan pengaruhnya rasio refluks dan reboiler duty terhadap kemurnian etanol. HASIL DAN PEMBAHASAN Model dan Validasi Penelitian dilakukan dengan menggunakan kolom RadFrac yang didasarkan pada asumsi terjadinya kesetimbangan fasa uap cair di setiap tahap. Kondisi operasi dan konfirgurasi kolom yang akan digunakan dapat dilihat pada Tabel 1. Sebelum simulasi, terlebih dahulu dilakukan validasi dengan memvariasikan model termodinamika. Beberapa model termodinamika campuran biner untuk sistem uap cair adalah NRTL, UNIFAC, UNIQUAC, dan WILSON. Gambar 1 merupakan kolom distilasi ekstraktif yang digunakan untuk validasi. Gambar 1. Kolom distilasi ekstraktif untuk validasi Model-model termodinamika disimulasikan pada kolom dan hasilnya dibandingkan dengan data literatur. Hasil yang akan dibandingkan adalah kemurnian distilat yaitu etanol. Hasil simulasi dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 1. Data literatur untuk validasi Kondisi Operasi Tekanan kolom ekstraktif, (mmhg) 760 3

Tekanan kolom recovery, (mmhg) 150 Temperatur umpan azeotrop, ( C) 20 Temperatur pelarut masukan, ( C) 75 Laju alir umpan azeotrop, (kmol/h) 100 Laju alir pelarut, (kmol/h) 80 Fraksi mol pelarut etilen glikol 0,6 Fraksi mol pelarut gliserol 0,4 Fraksi mol umpan etanol 0,89 Fraksi mol umpan air 0,11 Rasio refluks dalam kolom ekstraktif 0,5 Rasio refluks dalam kolom recovery 0,92 Reboiler duty, (kj/s) 2043.6 Konfigurasi Kolom Jumlah tahap teoritik kolom ekstraktif 20 Jumlah tahap teoritik kolom recovery 8 Tahap umpan azeotrop masuk kolom ekstraktif 12 Tahap pelarut masuk kolom ekstraktif 4 Tahap pelarut + air masuk kolom recovery 4 Tabel 2. Kemurnian etanol untuk berbagai model termodinamika NRTL UNIFAC UNIQUAC WILSON Literatur Xetanol (%-mol) 99,92913 99,13109 99,94696 99,94963 99,926 Tabel 2 menunjukkan bahwa keempat model termodinamika yang dipilih berdasarkan atas campuran biner sistem uap cair dengan tekanan di bawah 10 bar adalah benar karena hasilnya telah mendekati literatur. Oleh karena itu, keempat model termodinamika tersebut dapat digunakan dalam proses simulasi namun dipilih yang paling mendekati yaitu model NRTL. Simulasi Model yang telah valid selanjutnya akan digunakan pada proses simulasi dengan variasi diagram alir, yaitu: 1. diagram alir dengan umpan dan pelarut yang terpisah alirannya, 2. diagram alir dengan pemakaian kembali pelarut dan pemanfaatan panas dalam aliran recycle, dan 3. diagram alir proses fully thermally coupled. Diagram Alir dengan Umpan dan Pelarut yang Terpisah Alirannya 4

Gambar 2. Diagram alir proses distilasi ekstraktif dengan umpan dan pelarut yang terpisah alirannya untuk simulasi Simulasi dilakukan dengan mengubah temperatur umpan dan laju umpan untuk mendapatkan reboiler duty yang paling minimum. 1. Pengaruh temperatur umpan 0 500 1000 1500 2000 2500 T feed = 20 C T feed = 40 C T feed = 60 C T feed = 70 C Gambar 3. Pengaruh perubahan harga reboiler duty terhadap kemurnian etanol pada berbagai temperatur umpan Gambar 3 menunjukkan bahwa pada berbagai temperatur umpan, semakin besarnya reboiler duty menyebabkan kemurnian etanol semakin kecil. Hal tersebut disebabkan semakin besarnya kerja reboiler, fraksi berat ikut teruapkan sehingga mengotori keluaran produk atas dan kemurnian etanol menjadi semakin kecil. Untuk mendapatkan kemurnian etanol 99,5%-mol (fuel grade ethanol) maka temperatur umpan yang semakin tinggi membutuhkan reboiler duty yang semakin kecil. Hal tersebut disebabkan dengan temperatur umpan yang hampir mendekati titik didihnya maka kerja reboiler untuk menguapkan liquid semakin ringan. Misalnya, pada saat temperatur umpan sebesar 70 C maka reboiler duty yang dibutuhkan adalah 1.879 kj/s dibandingkan pada saat temperatur umpan 20 C, reboiler duty yang dibutuhkan adalah 2.063 kj/s. Temperatur umpan di atas 70 C tidak dilakukan dengan alasan bahwa akan munculnya fraksi uap pada 5

aliran umpan begitu memasuki kolom yang menyebabkan kemurnian akan turun drastis. 2. Pengaruh laju alir umpan 99.50 98.50 97.50 96.50 95.50 0 1000 2000 3000 4000 F = 100 kmol/h F = 150 kmol/h F = 200 kmol/h F = 250 kmol/h Gambar 4. Pengaruh perubahan harga reboiler duty terhadap kemurnian etanol pada berbagai laju alir umpan (diagram alir 1) Gambar 4 menunjukkan bahwa pada berbagai laju alir umpan, semakin besarnya harga reboiler duty maka kemurnian etanol semakin menurun. Hal tersebut disebabkan semakin besarnya kerja reboiler, fraksi berat ikut teruapkan sehingga mengotori keluaran produk atas dan kemurnian etanol menjadi semakin kecil. Selain itu dapat disimpulkan bahwa pada harga kemurnian etanol yang sama, laju alir umpan yang semakin besar membutuhkan reboiler duty semakin besar. Diagram Alir dengan Pemakaian Kembali Pelarut dan Pemanfaatan Panas dalam Aliran Recycle Gambar 5. Diagram alir proses distilasi ekstraktif dengan recycle solvent dan pemanfaatan panas dalam aliran recycle untuk simulasi 6

Simulasi dilakukan dengan mengubah laju alir umpan sehingga diperoleh profil reboiler duty (Qr) terhadap kemurnian etanol (X D ) yang dapat dilihat pada Gambar 6. 0 1000 2000 3000 4000 5000 F = 100 kmol/h F = 150 kmol/h F = 200 kmol/h F = 250 kmol/h Gambar 6. Pengaruh perubahan harga reboiler duty terhadap kemurnian etanol pada berbagai laju alir umpan (diagram alir 2) Gambar 6 menunjukkan bahwa pada laju alir umpan yang berbeda-beda, semakin besar reboiler duty menyebabkan kemurnian etanol yang semakin kecil. Hal tersebut disebabkan semakin besarnya kerja reboiler, fraksi berat ikut teruapkan sehingga mengotori keluaran produk atas dan kemurnian etanol menjadi semakin kecil. Untuk mendapatkan kemurnian etanol yang sama yaitu pada 99,5%-mol maka semakin besar laju alir umpan, semakin besar reboiler duty yang diperlukan. Diagram Alir Proses Fully Thermally Coupled Gambar 7. Diagram alir proses fully thermally coupled distilasi ekstraktif untuk simulasi Simulasi dilakukan dengan variasi laju alir umpan sehingga diperoleh profil reboiler duty (Qr) terhadap kemurnian etanol (X D ) yang dapat dilihat pada Gambar 8. 7

x etanol (%-mol) 99.70 99.60 99.50 99.40 99.30 99.20 99.10 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 F = 100 kmol/h F = 150 kmol/h F = 200 kmol/h F = 250 kmol/h Gambar 8. Pengaruh perubahan harga reboiler duty terhadap kemurnian etanol pada berbagai laju alir umpan (diagram alir 3) Gambar 8 menunjukkan bahwa semakin tinggi reboiler duty maka kemurnian etanol perlahan-lahan akan semakin tinggi hingga pada titik maksimumnya kemudian turun kembali. Fenomena yang terjadi pada simulasi diagram alir yang ke-2 ini terbagi 2 yaitu ekstraksi dan distilasi. Kemurnian etanol yang semakin meningkat dengan beban reboiler yang semakin besar menunjukkan fenomena ekstraksi yaitu air yang berhasil diekstrak oleh pelarut. Penurunan kemurnian etanol dengan beban reboiler yang semakin besar menunjukkan fenomena distilasi yaitu semakin besar beban reboiler maka semakin banyak uap yang dikembalikan ke kolom dan mengakibatkan produk distilat semakin tidak murni dengan rasio refluks yang tetap. Kesimpulan yang dapat ditarik dari gambar di atas adalah pada kemurnian etanol yang sama, yaitu 99,5%-mol (fuel grade ethanol), dapat diperoleh dengan dua harga reboiler duty dan yang akan dipilih adalah yang paling kecil untuk menghemat energi. Semakin tinggi laju alir umpan menyebabkan semakin tinggi reboiler duty yang diperlukan. Perbandingan Konsumsi Energi Variasi Diagram Alir 99.50 98.50 97.50 96.50 95.50 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Skema 1 Skema 2 Skema 3 Gambar 9. Pengaruh perubahan harga reboiler duty terhadap kemurnian etanol pada berbagai skema diagram alir (F=100 kmol/h) 8

x etanol (%-mol) x etanol (%-mol) 99.50 98.50 97.50 96.50 95.50 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Skema 1 Skema 2 Skema 3 Gambar 10. Pengaruh perubahan harga reboiler duty terhadap kemurnian etanol pada berbagai skema diagram alir (F=150 kmol/h) 99.50 98.50 97.50 96.50 95.50 0 1000 2000 3000 4000 5000 Skema 1 Skema 2 Skema 3 Gambar 11. Pengaruh perubahan harga reboiler duty terhadap kemurnian etanol pada berbagai skema diagram alir (F=200 kmol/h) Skema 1 Skema 2 Skema 3 0 1000 2000 3000 4000 5000 Gambar 12. Pengaruh perubahan harga reboiler duty terhadap kemurnian etanol pada berbagai skema diagram alir (F=250 kmol/h) 9

Dari Gambar 11 dan Gambar 12 dapat dilihat bahwa tidak terjadi penghematan energi ketika mengganti diagram alir pertama dengan diagram alir yang kedua. Hal ini disebabkan karena laju alir umpan yang diperbesar sedangkan pelarut yang masuk tidak berubah sehingga untuk mendapatkan kemurnian etanol yang sama, beban reboiler pun harus diperbesar. Tabel 3 menunjukkan total harga beban reboiler kolom ekstraktif dan kolom recovery yang dikonsumsi untuk masing-masing diagram alir pada berbagai laju alir umpan. Penghematan energi yang terjadi ketika memodifikasi diagram alir ke-1 menjadi diagram alir yang ke-2 adalah sebesar 6-8% sedangkan penghematan energi yang terjadi ketika menggunakan diagram alir yang ke-3 adalah sebesar 37-50% dibandingkan dengan diagram alir yang ke-1. Tabel 3. Total beban reboiler masing-masing diagram alir pada berbagai laju alir umpan Laju alir umpan Total Beban Reboiler/ (kmol/h) Diagram alir-1 Diagram alir-2 Diagram alir-3 100 2.255 2.068 1.164 150 2.992 2.812 1.583 200 4.327 4.850 2.183 250 5.628 6.877 3.519 Konfigurasi, V Rasio refluks ( ) dan reboiler duty (V) digunakan sebagai manipulated variable pada simulasi ini. Manipulated variable adalah variabel yang dimanipulasi (diubahubah besarnya) oleh controller untuk menjaga agar control variable tetap berada pada setpoint-nya. Simulasi dengan mengubah harga rasio refluks dilakukan hanya pada diagram alir yang ke-3 dikarenakan diagram alir inilah yang menggunakan energi paling kecil dan dikarenakan hanya untuk membandingkan pengaruhnya terhadap kemurnian etanol yang dihasilkan. Gambar 13 menunjukkan pengaruh reboiler duty terhadap kemurnian etanol dan Gambar 14 menunjukkan pengaruh rasio refluks terhadap kemurnian etanol. 99.80 99.60 99.40 99.20 y = 5E-05x + 99.507 R² = 0.2291 0 1000 2000 3000 4000 Gambar 13. Pengaruh perubahan harga reboiler duty terhadap kemurnian etanol pada berbagai laju alir umpan (diagram alir 3) 10 F = 100 kmol/h F = 150 kmol/h F = 200 kmol/h F = 250 kmol/h Linear (F = 100 kmol/h)

99.70 99.65 99.60 99.55 99.50 99.45 y = 0.0771x + 99.558 R² = 0.8902 99.40 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 rasio refluks F = 100 kmol/h F = 150 kmol/h F = 200 kmol/h F = 250 kmol/h Linear (F = 100 kmol/h) Gambar 14. Pengaruh perubahan harga rasio refluks terhadap kemurnian etanol pada berbagai laju alir umpan (diagram alir 3) Gambar 13 menunjukkan bahwa untuk berbagai laju alir umpan, semakin besar rasio refluks menyebabkan kemurnian etanol yang semakin besar. Hal tersebut benar karena rasio refluks menunjukkan perbandingan liquid yang kembali ke kolom dengan distilat yang keluar sebagi produk atas. Semakin besar rasio refluks maka semakin besar uap hasil kondensasi yang dikembalikan ke kolom dan fraksi etanol yang dihasilkan semakin tinggi. Untuk harga kemurnian etanol yang sama, yaitu 99,5%-mol, dapat disimpulkan bahwa semakin besar laju alir umpan maka semakin besar rasio refluks. Slope ( ) diantara kedua grafik yaitu Gambar 13 dan Gambar 14 diperoleh kemudian dibandingkan. Pada setiap laju alir umpan, slope yang diperoleh untuk pengaruh reboiler duty terhadap kemurnian etanol selalu lebih kecil daripada pengaruh rasio refluks terhadap kemurnian etanol. Misalnya, pada laju alir umpan 100 kmol/h, slope yang diperoleh untuk pengaruh reboiler duty terhadap kemurnian etanol adalah 5x10-5 sedangkan slope yang diperoleh untuk pengaruh rasio refluks terhadap kemurnian etanol adalah 7,7x10-2. Slope menunjukkan perubahan variabel yang diubah, dalam hal ini adalah rasio refluks dan reboiler duty, terhadap perubahan variabel yang ditetapkan yaitu kemurnian etanol. Slope yang lebih besar berarti menunjukkan lebih besar KESIMPULAN Model kolom distilasi ekstraktif dengan variasi model termodinamika berhasil divalidasi. Semakin besarnya reboiler duty maka semakin kecil kemurnian etanol. Pada harga kemurnian etanol yang sama, semakin besar temperatur umpan maka semakin kecil reboiler duty. Pada harga kemurnian etanol yang sama, semakin besar laju alir umpan maka semakin besar reboiler duty. Diagram alir yang ke-2 menghemat energi sebesar 6-8% sedangkan diagram alir yang ke-3 menghemat energi sebesar 37-50% jika dibandingkan dengan diagram alir ke-1. Rasio refluks lebih berpengaruh terhadap kemurnian etanol dibandingkan dengan reboiler duty. 11

UCAPAN TERIMA KASIH Terima Kasih disampaikan kepada Bapak Dr. Budi Husodo Bisowarno, Ir., M.Eng. atas bimbingannya selama penelitian ini berlangsung. DAFTAR PUSTAKA Bisowarno, B.H., et al., Simulasi Kolom Distilasi Ekstraktif untuk Proses Dehidrasi Etanol Menggunakan Etilen Glikol-Gliserol. 2010. Hernández, S., Analysis of Energy-Efficient Complex Distillation Options to Purify Bioethanol. 2008. 12