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 C5 hingga

C12 dengan komponen utamanya adalah C6-C8. 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

Tabel 2.1 Komposisi Bensin [11]

Nama Umum Contoh Persentase

Aliphatic-dengan rantai lurus Hepatane

Aliphatic- dengan rantai bercabang Isooctane

30-50

Aliphatic-cyclic Cyclopentane 20-30

Aromatic Ethylbenzene 20-30

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

(CH4) 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

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.

2.3.1. 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

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

2.3.2. 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

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

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.

2.4.1. Sistem Vapor Recovery Stage I

Terdapat empat macam sistem vapor recovery Stage I berdasarkan cara

kerjanya, yaitu:

11

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

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

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

PERMEATOR (Arid Technologies, Inc.)

Gambar 2.9 Foto PERMEATOR beserta skema cara kerjanya [7]

2.4.2. 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

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

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]

2.5.1. Klasifikasi Membran

Membran dapat diklasifikasikan berdasarkan titik pandang yang berbeda-

beda. 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

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

2.5.2. 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

Tidak memerlukan tempat yang luas.

Up-scalingnya mudah.

Sifat membran bervariasi dan dapat diatur.

2.5.3. 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 Proses pemisahan membran

Perbedaan Tekanan Mikrofiltrasi

Ultrafiltrasi

Nanofiltrasi

Reverse Osmosis

Piezodyalisis

Perbedaan Konsentrasi Gas separation

Pervaporasi

Dialysis

Diffusion Dyalisis

Perbedaan Temperatur Membran Distilasi

Perbedaan Potensi Listrik 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

2.5.3.1 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]

2.5.3.2 Pervaporasi

Pervaporasi merupakan proses relatif baru yang memiliki elemen-elemen

yang serupa dengan reverse osmosis dan gas separation. Pada pervaporasi,

21

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]

2.5.3.3 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

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:

dxdC

DQ iii −=

(2.1)

dimana : Qi = flux

Di = koefisien diffusivitas komponen i pada membran

x = jarak tegak lurus dari permukaan membran yang

berkontak dengan umpan

Ci = konsentrasi komponen i pada membran pada posisi

tertentu

Dengan mengasumsikan bahwa koefisien difusivitas konstan dan proses

penyerapan gas mengikuti hukum Henry yakni:

(2.2) iii PSC =

dimana : Si = koefisien solubilitas

Pi = tekanan parsial

Maka persamaan (2.1) dapat diubah menjadi:

lpP

lpSD

lC

DQ iiiiiiii

Δ=

Δ=

Δ=

(2.3)

dimana : Δpi = perbedaan tekanan parsial antara dua sisi membran

l = ketebalan membran

Pi = koefisien permeabilitas komponen i yang merupakan

hasil perkalian koefisien diffusi Di dengan koefisien

solubilitas Si

23

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.

2.5.4. 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 :

pQJΔ

= (2.4)

j

i

j

i

ji

XX

YY

=/α

(2.5)

dimana : Yi = konsentrasi komponen i pada permeat

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

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].

2.5.5. 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 2.13. Modul-

modul 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 spiral-

wound 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

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

(m2/m3)

Cukup

(200-400)

Cukup

(300-900)

Rendah

(150-300)

Tinggi

(9000-30000)

Manajemen fluida Baik Baik Kurang Baik

Kemampuan

menampung SS

Cukup Rendah Baik Rendah

Kemudahan

pencucian

Sedang Kadang-kadang sulit

(jika ada halangan

dari spacer)

Mudah Mudah

(memungkink

an untuk

backflushing)

Replacement

(penggantian)

Sheet/ cartridge Element Tube/element Element

Energi Rendah-sedang

(aliran laminar)

Sedang (spacer

pressure losses)

Tinggi (turbulen) Rendah

(laminar atau

dead-end)

26

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

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 1650. Secara umum pompa vakum

dikategorikan menjadi dua yakni transfer pumps dan trapping pumps. Jenis

28

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 molekul-

molekul 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]:

l

h

PPnRTE ln

η=

(2.6)

dimana: E = daya pompa

η = efisiensi pompa

n = jumlah mol yang dipompakan setiap detiknya

R = konstanta gas universal (8.314 j/mK)

T = temperatur operasi

Ph/Pi = perbandingan tekanan pada kedua sisi pompa

29