DISTILASI 1 Definisi Distilasi adalah suatu proses yang

DISTILASI 1

Definisi Distilasi adalah suatu proses yang di dalamnya suatu cairan atau uap campuran dari dua atau lebih substansi dipisahkan ke dalam fraksi komponennya dengan kemurnian yang diinginkan melalu pemakaian atau pelepasan kalor. Aspek penting distilasi : • Distilasi merupakan teknik separasi yang paling umum • mengkonsumsi begitu besar energi, baik dalam pemanasan atau pendinginan • mengkontribusi sampai lebih dri 50% biaya operasi perusahaan 2

Bahasan tercakup : • • • tipe kolom peralatan dan operasi distilasi internal kolom prinsip distilasi disain kolom distilasi faktor-faktor yang mempengaruhi operasi kolom distilasi 3

TIPE KOLOM DISTILASI Kolom Batch dan Continuous Atas dasar cara operasi: Kolom Batch Kolom Kontinyu Tipe Kolom kontinyu : Kolom kontinyu dapat diklasifikasikan sesuai dengan 1. sifat umpan yang diproses , kolom binary – umpan hanya mengandung dua komponen kolom multi-komponen – umpan mengandung lebih dari dua komponen 2. jumlah aliran produk yang dimiliki kolom multi-produk - kolom mempunyai lebih dari pada dua arus produk distilasi ekstrakstiv - dimana kelebihan umpan muncul di arus produk bawah distilasi azeotropik - dimana kelebihan umpan muncul pada arus produk atas 4

Tipe internal kolom Kolom baki (tray) - dimana baki dengan macam-macam disain digunakan untuk menahan cairan untuk menghasilkan kontak yang lebih baik antara uap dan cairan sehingga diperoleh pemisahan yang lebih baik kolom packed – tidak dipergunakan baki namun “ packing” yang digunakan untuk meningkatkan kontak antara cairan dan uap PERALATAN DAN OPERASI DASAR DISTILASI Komponen Utama Kolom Distilasi Kolom distilasi tersusun atas beberapa komponen yang masing-masing, baik digunakan untuk memindah energi kalor ataupun meningkatkan perpindahan bahan. Suatu tipe distilasi tersusun atas beberapa komponen utama : • sebuah “shell” vertikal dimana pemisahan komponen cairan dilakukan • internal kolom seperti baki/ pelat dan /atau “packing” yang digunakan untuk meningkatkan pemisahan komponen 5

• reboiler sebagai penyedia penguapan yang dibutuhkan bagi proses distilasi • sebuah kondensor untuk mendinginkan dan mengembunkan uap yang meninggalkan bagian atas kolom • sebuah drum “reflux” untuk menahan uap terkondensasi dari bagian atas kolom sehingga cairan ( “reflux”) dapat didaur ulang kembali ke kolom Rumah-rumah “shell”vertikal, internal kolom dan bersama-sama dengan kondensor serta reboiler menyusun suatu kolom distilasi. 6

Skema tipe unit distilasi dengan sebuah arus umpan dua arus produk ditunjukkan seperti berikut : 7

Operasi Dasar dan Terminologi Campuran cairan yang akan diproses dikenal dengan umpan dimasukkan biasanya ditempat yang dekat dengan tengah-tengah kolom pada sebuah baki atau tray disebut tray umpan. Tray umpan membagi kolom menjadi bagian atas (pengayaan dan rektifikasi) dan bagian bawah(stripping). Umpan mengalir ke bawah kolom dimana dikumpulkan pada bagian bawah dalam reboiler. Kalor dipasok ke reboiler untuk menghasilkan uap. Sumber masukan kalor dapat berupa fluida namun kebanyakan steam. Dalam refinasi, sumber pemanas dapat arus keluaran dari kolom lain. Uap diangkat di dalam reboiler kembali dimasukkan ke unit pada bagian bawah kolom. Cairan yang dilepas dari reboiler dikenal dengan produk bawah (bottom product) atau bottom saja. 8

Uap bergerak ke kolom bagian atas dan keluar pada bagian atas unit, didinginkan oleh kondensor. Cairan embun disimpan di dalam bejana yang dikenal dengan reflux drum. Sebagian cairan ini didaur ulang kembali ke bagian atas kolom dan disebut reflux. Cairan kondensasi yang dilepas sistem disebut distilat atau produk atas. Jadi terdapat aliran internal uap dan cairan di dalam kolom seperti juga aliran eksternal dari arus umpan dan produk, ke dalam dan ke luar kolom. 9

Beberapa contoh Internal Kolom Trays and Plates Bubble cap trays Sieve trays Valve trays 10

PRINSIP DISTILASI Pemisahan komponen dari campuran cairan melalui distilasi tegantung atas perbedaan titik didih masing-masing komponen. Juga, tergantung atas konsentrasi komponen yang ada, campuran cairan akan memiliki karakteristik titik didih yang berbeda. Karenanya, proses distilasi tergantung atas karakteristik tekanan uap campuran cairan. Tekanan Uap dan Pendidihan Tekanan uap suatu cairan pada suhu tertentu merupakan tekanan kesetimbangan yang dilakukan oleh molekul-molekul yang keluar dan masuk permukaan cairan. Berikut beberapa butir penting melihat tekanan uap : • masukan energi menaikkan tekanan uap • tekanan uap terkait dengan pendidihan • Suatu cairan dikatakan “ mendidih” bilamana tekanan uapnya sama dengan tekanan sekitarnya 11

• Kemudahan suatu cairan mendidih tergantung atas volatilitasnya • Cairan dengan tekanan uap tinggi ( cairan volatil) akan mendidih pada suhu lebih rendah • Tekanan uap dan titik didih campuran cairan tergantung atas jumlah relatip komponen di dalam campuran tersebut • Distilasi terjadi dikarenakan beda volatilitas komponen di dalam cairan campuran 12

Volatilitas Relativ Volatilitas relatif merupakan ukuran beda volatilitas antara 2 komponen, dan juga titik-titik didihnya. Volatilitas relatif menunjukkan bagaimana akan mudah atau sukarnya suatu pemisahan tertentu. Volatilitas Relativ suatu komponen “i” terhadap komponen “j” didefinisikan seperti dimana yi = mol fraksi komponen ‘i’ di dalam uap xi = mol fraksi komponen ‘i’ di dalam cairan 13

DISAIN KOLOM DISTILASI Karakteristik kesetimbangan campuran uap-cair akan menentukan jumlah stasi(stage) dan akibatnya jumlah tray, yang diperlukan untuk pemisahan. Ini digambarkan jelas dengan penerapan metoda Mc. Cabe-Thiele untuk mendisain kolom biner. METODA DISAIN Mc. CABE-THIELE Pendekatan Mc. Cabe-Thiele merupakan pendekatan graphis dan menggunakan plot kesetimbangan cairan-uap (VLE) untuk menentukan jumlah teoritis stasi (stage) yang diperlukan untuk menghasilkan separasi campuran biner. Asumsi overflow molar konstan dan ini berarti bahwa: • Kalor molar penguapan komponen secara kasar sama • Dampak kalor (kalor larutan, kehilangan kalor ke dan dari kolom dll. ) dapat diabaikan • Untuk setiap mol uap terkondensasi, 1 mol cairan teruapkan 14

Prosedur perancangan sederhana. Diketahui diagram kesetimbangan cairan -uap (VLE) campuran biner , garis operasi digambar terlebih dulu. • Garis operasi menentukan kaitan neraca massa antara phasa cair dan uap di dalam kolom. • Terdapat satu garis operasi untuk bagian bawah kolom (stripping section) dan satu untuk bagian atas kolom. • Asumsi overflow molar konstan juga meyakinkan bahwa garis operasi adalah garis lurus. Garis operasi untuk bagian Rektifikasi Garis operasi untuk bagian rektifikasi terbentuk seperti berikut: Pertama komposisi produk atas yang diinginkan diletakkan pada diagram VLE dan sebuah garis vertikal terbentuk sampai memotong garis diagonal yang memotong plot VLE setengahnya. Suatu garis dengan kelerengan R/(R+1) kemudian digambar dari titik perpotongan ini seperti ditunjukkan dalam gambar dibawah ini. 15

R adalah rasio aliran reflux (L) terhadap aliran distilat (D) dan disebut rasio reflux serta merupakan ukuran berapa jumlah bahan naik ke bagian atas kolom yang dikembalikan ke kolom sebagai reflux. 16

Garis Operasi untuk Bagian Stripping Garis operasi untuk bagian stripping dibuat dengan cara yang sama. Namun demikian, titik awalnya adalah komposisi produk bawah yang diinginkan. Sebuah garis vertikal digambar dari titik ini ke garis diagonal serta garis dengan kelerengan Ls/Vs digambar seperti diilustrasikan melalui diagram dibawah. Ls adalah laju cairan ke bagian stripping dari kolom, sementara Vs adalah laju uap naik ke bagian stripping dari kolom. Jadi kelerengan garis operasi untuk bagian stripping adalah rasio antara aliran cairan dan uap di bagian kolom tersebut. 17

18

Garis Ekuilibrium dan Operasi Metoda Mc. Cabe-Thiele berasumsi bahwa cairan pada tray dan uap diatasnya berada dalam kesetimbangan. Bagaimana ini terkait dengan plot VLE serta garis operasi dijabarkan secara graphis dalam gambar dibawah ini. 19

• • FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI OPERASI KOLOM DISTILASI Kinerja kolom distilasi ditentukan oleh banyak faktor, seperti contoh : Kondisi umpan - status umpan - komposisi umpan - elemen-elemen kecil yang dapat mempengaruhi kesetimbangan cairan-uap (VLE) dari campuran cairan Kondisi cairan internal dan aliran fluida Keadaan trays (packings) Kondisi cuaca 20

21