Post on 10-Jul-2016
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Distilasi
Destilasi merupakan suatu perubahan cairan menjadi uap dan uap tersebut di
dinginkan kembali menjadi cairan. Unit operasi distilasi merupakan metode yang
digunakan untuk memisahkan komponen-komponen yang terdapat dalam suatu
larutan atau campuran dan tergantung pada distribusi komponen-komponen tersebut
antara fasa uap dan fasa air. Destilasi sederhana atau destilasi biasa adalah teknik
pemisahan kimia untuk memisahkan dua atau lebih komponen yang memiliki
perbedaan titik didih yang jauh. Suatu campuran dapat dipisahkan dengan destilasi
biasa ini untuk memperoleh senyawa murni (Walangare, 2013).
Distilasi adalah sistem perpindahan yang memanfaatkan perpindahan massa.
Masalah perpindahan massa dapat diselesaikan dengan dua cara yang berbeda.
Pertama dengan menggunakan konsep tahapan kesetimbangan dan kedua atas dasar
proses laju difusi. Distilasi dilaksanakan dengan rangkaian alat berupa kolom
sehingga dengan pemanasan komponen dapat menguap, terkondensasi, dan
dipisahkan secara bertahap berdasarkan tekanan uap / titik didihnya. Proses ini
memerlukan perhitungan tahap kesetimbangan. Destilasi merupakan istilah lain dari
penyulingan. Menurut kamus besar bahasa Indonesia edisi II (1995) penyulingan diartikan
sebagai "proses mendidihkan zat cair dan mengembunkan uap sera menampung embun
didalam wadah yang lain". Hassan Shadily (1984) memberikan pengertian tentang destilasi
sebagai "proses pemanasan suatu bahan pada pelbagai temperature, tanpa kontak dengan
udara luar , untuk memperolah hasil tertentu"(Abdullah, 2011).
Proses pemisahan sistem biner adalah proses dimana laju umpan masuk hanya
mengandung dua jenis komponen. Pemisahan biner umumnya dilakukan pada
percobaan, tetapi pada kebanyakan industri digunakan multikomponen.
Contoh distilasi biner yang umum adalah kolom dengan laju umpan berupa
campuran benzena dan toluena. Pada tekanan atmosfer, benzena mendidih pada 80,1
°C; toluena mendidih pada 110,8 °C. hal ini menyebabkan benzena bersifat lebih
volatile dibandingkan toluene. Apabila campuran benzena dan toluena dibanaskan
sampai bubble point, maka benzena akan menguap. Apabila campuran mengandung
50% benzena dan 50% toluena, uap akan mengandung lebih dari 50% benzena dan
kurang dari 50% toluena.
Pada distilasi, istilah “ringan” dan “berat” digunakan untuk membedakan
komponen-komponen. Tetapi saat digunakan pada distilasi, istilah tersebut tidak
mencerminkan berat, densitas dan hal lain yang berhubungan dengan massa.
Komponen ringan adalah komponen yang lebih volatil; komponen berat adalah
komponen yang kurang volatil.
Pada distilasi biner, komponen ringan dan berat akan muncul pada kedua aliran
produk. Komponen yang muncul pada kedua aliran produk dinamakan “komponen
terdistribusi”. Pada perkiraan Hengstebeck, hanya yang ringan dan berat yang
terdistribusi, asumsi yang diambil adalah sebagai berikut:
1. Semua komponen laju alir yang lebih ringan keluar dengan produk distilat.
Umumnya, komponen-komponen ini adalah gas yang tidak dapat berkondensasi.
2. Semua komponen laju alir yang lebih berat keluar dengan produk bawah.
Umumnya, komponen-komponen ini adalah cairan nonvolatil.
(Smith, 2012)
2.2 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses Distilasi
Distilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan kimia
berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan.
Dalam penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini
kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih
lebih rendah akan menguap lebih dulu.
Faktor yang berpengaruh pada proses distilasi adalah jenis bahan yang
didistilasi, temperatur, volume bahan dan waktu distilasi. Namun faktor yang paling
berpengaruh adalah temperatur. Untuk mempermudah dalam mengontrol temperatur
pada alat distilasi maka diperlukan system instrumentasi yang menggunakan
komputer (Lestari, 2010).
2.3 Kesetimbangan Uap-Cair
kesetimbangan uap cair merupakan data termodinamika yang diperlukan dalam
perancangan dan pengoperasian kolom-kolom distilasi. Data kesetimbangan uap cair
dapat diperoleh melalui eksperiment dan pengukuran. Pada suatu suhu tertentu, zat
tertentu memiliki suatu tekanan parsial yang merupakan titik kesetimbangan dinamis
gas zat tersebut dengan bentuk cair atau padatnya. Titik ini adalah tekanan uap
tersebut pada suhu tersebut. Adapun tujuan dari percobaan ini adalah menentukan
komposisi uap cair pada kondisi setimbang dan membandingkan data percobaan
dengan persamaan Raoult.
Seperti pada kesetimbangan umumnya, kesetimbangan uap cair dapat ditentukan
ketika ada variabel yang tetap (konstan) pada suatu waktu tertentu. Saat
kesetimbangan model ini, kecepatan antara molekul-molekul campuran yang
membentuk fase uap sama dengan kecepatan molekul-molekulnya membentuk cairan
kembali. Data kesetimbangan uap cair merupakan data termodinamika yang
diperlukan dalam perancangan dan pengoperasian kolom-kolom distilasi. Contoh
nyata penggunaan data termodinamika kesetimbangan uapcair dalam berbagai
metoda perancangan kolom distilasi packed column dan try column. Percobaan
langsung yang betul-betul lengkap baru dapat diperoleh dari serangkaian metoda
pengukuran, selain itu percobaan langsung seperti itu memerlukan waktu yang
banyak dan biaya yang besar. Sehingga cara yang umum ditempuh adalah mengukur
data tersebut pada beberapa kondisi kemudian meringkasnya dalam bentuk model-
model matematik yang relatif mudah diterapkan dalam perhitungan-perhitungan
komputer.
Dalam sebuah campuran dua fasa uap-cair pada kesetimbangan, suatu komponen dalam fasa berada dalam kesetimbangan dengan komponen yang sama dalam fasa lain. Hubungan kesetimbangan tergantung kepada suhu, tekanan, dan komposisi campuran tersebut (Aslandi, 2013).
2.4 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kesetimbangan Uap-Cair
Pada sebuah wadah tertutup dengan fasa uap dan cair pada kesetimbangan
termodinamika akan terbentuk paling sedikit dua campuran komponen pada masing-
masing fasa. Komponen-komponen tersebut terdistribusi di antara fasa tergantung
dari kevolatilan relatif masing-masing. Rasio distribusi untuk komponen i campuran
dapat didefinisikan menggunakan fraksi mol:
Ki = Yi / Xi
dimana persamaan ini digunakan untuk menyatakan kondisi kesetimbangan.
Nilai K, yang dikenal sebagai rasio perbandingan kesetimbangan uap-cair, digunakan
secara luas khususnya dalam industri petroleum dan petrokimia. Untuk semua
campuran dengan dua komponen i dan j, kevolatilan relatif komponen tersebut,
sering disebut nilai alfa, didefinisikan sebagai:
Kevolatilan relatif, α, adalah hasil pengukuran langsung dari separasi dengan
distilasi. Apabila α = 1, maka pemisahan komponen tidak mungkin terjadi, karena
komponen fase uap dan cair adalah sama. Pemisahan dengan distilasi menjadi mudah
seiring dengan bertambahnya nilai kevolatilan relatif. Pemisahan distilasi dengan
nilai α kurang dari 1,2 umumnya sulit dilakukan; untuk nilai α yang lebih dari 2
umumnya mudah dilakukan (Kirk dan Othmer, 1998b).
2.5 Aplikasi dalam Industri
2.5.1 ‘’Ethanol-Air Dari Hasil Fermentasi Rumput Gajah’’
Salah satu alat yang digunakan untuk memperoleh data kesetimbangan
antara fase liquida dan fase gas adalah Glass Othmer Still. Adapun hal – hal yang
berpengaruh dalam sistem ksetimbangannya yaitu : Tekanan (P), Suhu (T),
konsentrasi komponen A dalam fase liquid (x) dan konsentrasi komponen A
dalam fase uap (y). Pada penelitian ini digunakan bahan baku etanol dari hasil
fermentasi rumput gajah dengan kadar etanol 96% dan etanol Pro Analisis
dengan kadar 99,8%. Dari data yang diperoleh,dibuat kurva kesetimbangan uap –
air sistem biner etanol – air. Analisis bahan baku dan produk menggunakan
spektrofotometer pharo 100, atau Gas Kromatografi (GC). Dari penelitian sistem
biner yang telah dilakukan oleh peneliti terdahulu, dalam penelitian tersebut
masih diperlukan kesetimbangan uap-air sistem biner untuk menghasilkan data
yang benar dan model korelasi yang dapat di aplikasikan untuk memperkirakan
kesetimbangan uap-air sistem multikomponen (Wiryanto & Teddy, 1998).
Sedangkan pada penelitian yang dila- Berkala Ilmiah Teknik Kimia Vol 1, No 1,
April 2012 35 kukan Hadi Supardi dengan sistem terner Aseton– n-Butanol-
Etanol (ABE) pada tekanan atmosfir, diperoleh data kesetimbangan uap-air
sistem terner dan dapat mengetahui pengaruh tekanan terhadap kesetimbangan.
Jadi untuk memperoleh data kesetimbangan uap-air bisa menggunakan sistem
biner maupun terner.
Kurva kesetimbangan uap-cair sistem biner etanol-air yang dihasilkan
dengan bahan baku etanol teknis penyimpangannya lebih besar dibandingkan
penggunaan bahan baku etanol pro analitis, karena etanol teknis mengandung
kadar air dan impuritis yang tinggi, sehingga penyimpangan terjadi saat
mendekati titik azeotropik. Kurva kesetimbangan uap-cair sistem biner etanol-air
hasil penelitian dengan bahan baku etanol teknis mendekati data literatur pada
saat variabel berubah 0,2 dan 0,4 fraksi mol etanol. Kurva kesetimbangan uap-
cair sistem biner etanol-air hasil penelitian dengan bahan baku etanol pro analitis
mendekati data literatur pada saat variabel berubah 0,85 dan 0,9 fraksi mol etanol
(Sari, 2012).
2.5.2 Flowchart Aplikasi
Gambar 2.3 Flowchart Ethanol-Air Dari Hasil Fermentasi Rumput Gajah
(Sari, 2012)
Selesai
Hasil fasa cair dan fasa uap di analisis
Mulai
Disiapkan Larutan ethanol (1) – air (2)
masukkan larutan melalui bagian atas still sampai boilling still terisi kurang lebih ¾ bagian
Alirkan kran air sehingga air mengalir melalui kondensor
Panaskan boilling still
Amati perubahan temperatur melalui thermometer
Uap Terbentuk
terjadi recycle dari kondensat chamber ke boilling still
Setelah suhu T konstan, catat suhu