BAB I destilasi crude oil
description
Transcript of BAB I destilasi crude oil
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Tujuan Percobaan
a. Untuk melakukan destilasi fraksinasi minyak mentah (crude oil)
b. Menentukan karakteristik dari fraksi gasoline, kerosene, dan solar dengan cara mengukur
specific gravity dari masing-masing fraksi tersebut
1.2 Dasar Teori
1.2.1 Minyak Bumi
Minyak mentah atau minyak bumi yang merupakan cairan kental, berwarna coklat gelap,
atau kehijauan yang mudah terbakar, yang berada di lapisan atas dari beberapa area
di kerak bumi. Penyusun utama crude oil adalah komponen hidrokarbon, karena senyawa ini
dominan oleh unsure karbon ( C ) dan hydrogen ( H ) dan sebagai kecil unsur lain seperti : Oksigen (O), Nitrogen
( N ), sulfur ( S ) dan logam dalam bentuk senyawa garam. Unsur selain hidrokarbon tersebut
disebut sebagai impurities.
Minyak Bumi diambil dari sumur minyak di pertambangan-pertambangan minyak.
Lokasi sumur-sumur minyak ini didapatkan setelah melalui proses studi geologi, analisis
sedimen, karakter dan struktur sumber, dan berbagai macam studi lainnya. Setelah itu, minyak
Bumi akan diproses di tempat pengilangan minyak dan dipisah-pisahkan hasilnya berdasarkan
titik didihnya sehingga menghasilkan berbagai macam bahan bakar, mulai dari bensin dan
minyak tanah sampai aspal dan berbagai reagen kimia yang dibutuhkan untuk membuat plastik
dan obat-obatan. Minyak Bumi digunakan untuk memproduksi berbagai macam barang dan
material yang dibutuhkan manusia. (Imami, 2013)
Untuk dapat digunakan sebagai bahan bakar maka hasil destilasi crude oil dikelompokkan
menjadi beberapa fraksi atau tingkatan dengan urutan sederhana sebagai berikut :
1. Gas memiliki rentang rantai karbon C1 sampai C5 dan rentang titik didih 0oC sampai
50oC.
2. Gasoline (Bensin) memiliki rentang rantai karbon C6 sampai C11 dan rentang titik didih
50oC sampai 180oC.
3. Kerosene (Minyak Tanah) memiliki rentang rantai karbon C12 sampai C14 dan rentang
titik didih 180oC sampai 250oC.
4. Solar memiliki rentang rantai karbon C15 sampai C17 dan rentang titik didih 250oC
sampai 300oC.
5. Minyak Pelumas memiliki rentang rantai karbon C18 sampai C20 dan rentang titik didih
300oC sampai 350oC.
6. Lilin memiliki rentang rantai karbon C20 ke atas dan titik didih diatas 350oC.
7. Minyak Berat memiliki rentang rantai karbon C31 sampai C40 dan titik didih di atas
350oC.
8. Residu memiliki rentang rantai karbon C40 dan 50oC. Titik didih di atas 350oC.
(Tim Laboratorium POLNES, 2015)
1.2.2 Produk Minyak Bumi
Pada umumnya produk kilang minyak bumi dapat dibagi beberapa golongan sebagai
berikut:
a. Bensin (Gasoline)
Bensin adalah salah satu produk hasil pengolahan minyak bumi dan merupakan
zat cair yang memiliki kemampuan untuk menguap pada suhu 50-180oC yang rendah
dan tersusun dari hidrokarbon rantai lurus, mulai dari C6 (heptana) sampai dengan C11,
komponen utama yang terkandung di dalam bensin yaitu oktana dan n-heptana,
molekul-molekul yang terdapat pada bensin memiliki kecenderungan untuk lepas dari
permukaan bila dibandingkan dengan zat cair yang lain, makin tinggi temperatur yang
terdapat pada lingkungan sekitar bensin maka semakin tinggi pula proses pelepasan
molekul-molekul dari permukaan. Bensin dihasilkan dari unit pengolahan minyak
bumi dengan cara destilasi bertingkat, selanjutnya fraksi tersebut akan akan di
konversi untuk memecahkan fraksi-fraksi berat pada proses hydrocracking misalnya
fraksi kerosen (minyak tanah) setelah dikonversi akan menghasilkan fraksi bensin.
Umumnya bensin sering juga disebut sebagai gasoline atau petrol yang digunakan
sebagai bahan bakar kendaraan bermotor. (jazz, 2015)
b. Minyak Tanah (Kerosene)
Minyak tanah atau kerosene adalah cairan hidrokarbon yang tak berwarna dan
mudah terbakar. Dia diperoleh dengan cara distilasi fraksional dari petroleum pada
180 °C and 250 °C (rantai karbon dari C12 sampai C14). Pada suatu waktu banyak
digunakan dalam lampu minyak tanah tetapi sekarang utamanya digunakan sebagai bahan
bakar mesin jet (lebih teknikal Avtur, Jet-A, Jet-B, JP-4 atau JP-8). Sebuah bentuk dari
minyak tanah dikenal sebagai RP-1 dibakar dengan oksigen cair sebagai bahan bakar
roket. Biasanya, minyak tanah didistilasi langsung dari minyak mentah dan
membutuhkan perawatan khusus, dalam sebuah unit Merox atau hidrotreater, untuk
mengurangi kadar belerang dan pengaratannya. Minyak tanah dapat juga diproduksi
oleh hidrocracker, yang digunakan untuk memperbaiki kualitas bagian dari minyak
mentah yang akan bagus untuk bahan bakar minyak.
Setelah melalui proses penyulingan seperlunya dan masih tidak murni dan bahkan
memilki pengotor. Avtur (bahan bakar mesin jet) adalah minyak tanah dengan spesifikasi
yang diperketat, terutama mengenai titik uap dan titik beku.Proses Minyak mentah
menjadi minyak tanah terjadi pada fraksi ke 5 ini dihasilkan kerosene (minyak tanah).
(pratono, 2013)
c. Solar
Solar adalah salah satu jenis bahan bakar yang dihasilkan dari proses pengolahan
minyak bumi, pada dasarnya minyak mentah dipisahkan fraksi-fraksinya pada proses
destilasi sehingga dihasilkan fraksi solar dengan titik didih 250°C sampai 300°C.
Kualitas solar dinyatakan dengan bilangan cetane (pada bensin disebut oktan), yaitu
bilangan yang menunjukkan kemampuan solar mengalami pembakaran di dalam mesin
serta kemampuan mengontrol jumlah ketukan (knocking), semakin tinggi bilangan cetane
ada solar maka kualitas solar akan semakin bagus. ada umumnya solar digunakan sebagai
bahan bakar kendaraan bermesin diesel ataupun peralatan-peralatan industri lainnya.
(jazz, 2015)
1.2.3 Specific Gravity
Spesific Gravity minyak merupakan perbandingan berat jenis minyak pada suhu tertentu
dengan berat jenis air pada suhu tertentu yang diukur pada tekanan dan temperature standar (60
℉ dan 14,7 psia). Pada umumnya, suhu yang digunakan adalah 15℃ atau 60℉ (5). Pengukuran
specific gravity dilakukan untuk menentukan jenis minyak berdasarkan perbedaan sifat-sifat
minyak dan juga untuk menentukan kualitas dari minyak tersebut. Gravitas American Petroleum
Institue (API) yang sangat mirip dengan gravitas baume adalah suatu besaran yang merupakan
fungsi dari kerapatan relative yang dapat dinyatakan dengan persamaan:
ρ = mv ………..................................................... (Persamaan 1)
SG=ρo
ρw.......................................................….. (Persamaan 2)
APIo = 141,5SG60 /60℉−131,5 …………............... (Persamaan 3)
SG= 141,5131,5+ APIo …………............................…. (Persamaan 4)
Kerapatan relative dan gravitas API minyak bumi ditentukan dengan menggunakan cara
hydrometer ASTM D 1298-99. Uji ini dilakukan dengan menempatkan hydrometer yang
mempunyai skala hydrometer pada contoh sebagai kerapatan relative atau gravitas API contoh
pada suhu 15℃ (60℉), dengan menggunakan Petroleum Measurement Tabel yang disiapkan
oleh ASTM (American Society for Testing Materials) dan IP (Institute of Petroleum). Pada
percobaan tidak harus dilakukan pada suhu 15℃ atau 60℉ , tetapi disesuaikan dengan keadaan
contoh. Temperatur yang lebih dari 60℉ , perlu dilakukan koreksi dengan chat yang ada.
1.2.4 Destilasi Fraksinasi pada Crude Oil
Minyak mentah yang berupa cairan pada suhu dan tekanan atmosfer biasa, memiliki titik
didih persenyawan-persenyawaan hidrokarbon yang berkisar dari suhu yang sangat rendah
sampai suhu yang sangat tinggi. Dalam hal ini, titik didih hidrokarbon meningkat dengan
bertambahnya atom C dalam molekulnya.
Dengan memperhatikan perbedaan titik didih dari komponen-komponen minyak bumi,
maka dilakukanlah pemisahan minyak mentah menjadi sejumlah fraksi-fraksi melalui proses
distilasi bertingkat. Destilasi bertingkat (fraksinasi) adalah proses distilasi (penyulingan) dengan
menggunakan tahap-tahap/fraksi-fraksi pendinginan sesuai trayek titik didih campuran yang
diinginkan, sehingga proses pengembunan terjadi pada beberapa tahap/beberapa fraksi tadi. Cara
seperti ini disebut fraksionasi. (Ardiansyah, 2014)
Destilasi batch fraksional adalah pemisahan campuran secara batch menjadi beberapa
fraksi dengan cara memisahkan senyawa kimia tersebut berdasarkan perbedaan titik didihnya
dengan pemanasan hingga temperatur tertentu dimana satu atau beberapa fraksi akan menguap.
(Tim Laboratorium, 2015)
Secara umum, proses destilasi fraksinasi yang dilakukan yaitu, mula-mula minyak mentah
dipanaskan dalam aliran pipa dalam furnace (tanur) sampai dengan suhu ± 370°C. Minyak
mentah yang sudah dipanaskan tersebut kemudian masuk kedalam kolom fraksinasi pada bagian
flash chamber (biasanya berada pada sepertiga bagian bawah kolom fraksinasi). Untuk menjaga
suhu dan tekanan dalam kolom maka dibantu pemanasan dengan steam (uap air panas dan
bertekanan tinggi).
Minyak mentah yang menguap pada proses destilasi ini naik ke bagian atas kolom dan
selanjutnya terkondensasi pada suhu yang berbeda-beda. Komponen yang titik didihnya lebih
tinggi akan tetap berupa cairan dan turun ke bawah, sedangkan yang titik didihnya lebih rendah
akan menguap dan naik ke bagian atas melalui sungkup-sungkup yang disebut sungkup
gelembung. Makin ke atas, suhu yang terdapat dalam kolom fraksionasi tersebut makin rendah,
sehingga setiap kali komponen dengan titik didih lebih tinggi akan terpisah, sedangkan
komponen yang titik didihnya lebih rendah naik ke bagian yang lebih atas lagi. Demikian
selanjutnya sehingga komponen yang mencapai puncak adalah komponen yang pada suhu kamar
berupa gas. Komponen yang berupa gas ini disebut gas petroleum, kemudian dicairkan dan
disebut LPG (Liquified Petroleum Gas). Fraksi minyak mentah yang tidak menguap menjadi
residu. Residu minyak bumi meliputi parafin, lilin, dan aspal. Residu-residu ini memiliki rantai
karbon sejumlah lebih dari 20. (Sari E.L, 2013)
Gambar 1.1 Destilasi Fraksinasi Crude Oil
1.2.4. Alat Destilasi
1. Bubble Tray Column
Bubble cup tray merupakan jenis tray yang paling tua dibandingkan dengan jenis tray
yang lain. Pada bubble cup tray cairan (feed) akan turun ke bawahkolom melalui tray-tray,
dengan adanya weir pada setiap tray maka cairan yang turun akan mengisi tray dengan
ketinggian tertentu dan cairan yang melebihi weir ini akan turun melalui downcomer ke tray
dibawahnya. Uap naik ke atas melalui riser kemudian oleh bubble cup dibelokkan melalui slot-
slot dan menembus cairan. Aliran uap berfungsi untuk menurunkan tekanan parsial senyawa
hidrokarbon. Kelebihan bubble cup tray ini yaitu pada penggunaan riseryang memastikan
banyaknya cairan yang tertahan di tray adalah tetap, berapapun kecepatan aliran uapnya.
(Coulson, 1983)
Gambar 1.2 Bubble Tray Column
2. Destilation Bridge
Destilation Bridge memiliki ukuran diameter sebesar 25 mm dengan dua sambungan
yakni dengan dua sambungan yakni dengan kolom destilasi dan kondensor. Perangkat ini juga
memiliki koneksi untuk dipasangkan thermometer atau termokopel di bagian atasnya.
Destilation Bridge berfungsi sebagai penghubung antara kolom fraksinasi dengan kondensor
sekaligus memperbesar waktu tinggal uap sebelum masuk ke dalam kondensor. (Tim
laboratorium POLNES, 2015)
Gambar 1.3 Destilation Bridge
3. Pemanas
Pemanas yang digunakan dalam unit destilasi ini adalah jenis heating mold dengan
dimensi panjang 80 cm, lebar 70 cm dan tinggi 90 cm. Autoclave pada pemanas ini bekerja
pada tegangan 220 V dan kuat arus 10 A. karena tidak dilengkapi dengan motor pengaduk yang
berfungsi sebagai pemutar magnetic, stirrer bar, maka dalam praktiknya dianjurkan
menggunakan batu didih untuk menyeragamkan temperatur di dalam labu leher dua sehingga
menghindari terjadinya letupan. Batu didih dapat berupa pecahan silica. (Tim Laboratorium
POLNES, 2015)
Gambar 1.4 Pemanas
4. Unit Vakum dan Unit Sirkulasi Air Pendingin
Pengoperasian unit destilasi ini berada dibawah kondisi vakum yang dikondisikan dengan
double jet vakum. Pengkondisian ini dimaksudkan untuk membantu proses destilasi dalam
mengalirkan komponen-komponen ringan ke puncak kolom destilasi kemudian masuk ke
dalam kondensor dan tempat penampungan. Unit vakum terdiri dari sebuah pompa sirkulasi,
double jet vaccum, dan bak penampungan sirkulasi. Pompa sirkulasi mengalirkan air dari bak
penampungan menuju ke dalam dua unit jet vakum ke dalam koil kondensor sebagai air
pendingin. Unit sirkulasi air pendingin merupakan suatu kesatuan dengan unit vakum dimana
air yang dipompakan dari bak penampungan akan dialirkan juga menuju kondensor. Hal yang
perlu diperhatikan adalah kestabilan dari laju air pendingin agar tidak memperngaruhi proses
destilasi saat berjalan. (Tim Laboratorium POLNES, 2015)
5. Kondensor
Kondensor adalah suatu alat yang terdiri dari jaringan pipa dan digunakan untuk
mengubah uap menjadi zat cair (air). dapat juga diartikan sebagai alat penukar kalor (panas)
yang berfungsi untuk mengkondensasikan fluida. Dalam penggunaanya kondensor diletakkan
diluar ruangan yang sedang didinginkan supaya panas yang keluar saat pengoprasiannya dapat
dibuang keluar sehingga tidak mengganggu proses pendinginan.
Gambar 1.5 kondensor
6. Hydrometer
Hydrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur berat jenis (atau kepadatan
relatif) dari suatu cairan, yaitu rasio kepadatan cairan dengan densitas air. Hydrometer biasanya
terbuat dari kaca dan terdiri dari sebuah batang silinder dan bola pembobotan dengan merkuri
(raksa) untuk membuatnya mengapung tegak. Supaya tabung kaca terapung tegak dalam zat cair,
bagian bawah tabung dibebani dengan butiran timbal. Diameter bagian bawah tabung kaca
dibuat lebih besar supaya volume zat cair yang dipindahkan hydrometer lebih besar. Dengan
demikian, dihasilkan gaya ke atas yang lebih besar dan hydrometer dapat mengapung di dalam
zat cair.
Cara kerja hydrometer didasarkan pada prinsip Archimedes dimana benda padat yang
tersuspensi pada fluida akan terkena gaya ke atas sebesar gaya berat fluida yang dipindahkan.
Dengan demikian, semakin rendah kerapatan zat tersebut, semakin jauh hydrometer tenggelam.
Ketika hidrometer dicelupkan ke dalam fluida, maka fluida akan memberikan gaya ke atas yang
besarnya sama dengan berat hydrometer. Gaya ini terkonversi menjadi berat jenis zat cair yang
diukur, karena di dalam hidrometer terdapat zat cair yang berat jenisnya sudah diketahui
diketahui dan tertuang dalam skala yang tertera pada hidrometer. Seberapa jauh hydrometer
tersebut teggelam dapat dilihat dari skala pembacaan yang terdapat dalamhydrometer itu sendiri
(Ginanjar. W, 2014).
Gambar 1.6 Hydrometer
Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi ketepatan test dengan menggunakan
hydrometer diantaranya adalah sebagai berikut :
1. Ukuran hydrometer yang dapat mendeterminasikan gravity minyak mentah yang bebas air
dengan ketelitian yang tinggi
2. Adanya campuran fluida lain seperti air
Hal ini akan menyebabkan kekurangan ke akuratan, sebab gelembung-gelembung gas yang
sering timbul pada suspense akan menempel pada hydrometer dan cenderung menahan
instrument, sehingga sulit mencapai posisi yang diharapkan.
3. Titik air pada permukaan hydrometer
Hal ini menyebabkan instrument tenggelam melewati posisi sebenarnya (Puspasari. R, 2012).