BAB IV

DESTIIJ\SI

4.1 Pendahuluan

Dasar pemisahan pada destilasi adalah perbedaan titik didih cairan pada tekanll. : : ::; ::; ;-- :::::::

teftentu. Pemisahan O"stitasi melibatkan penguapan diferensial dari suatu

campuran cairan diikuti n material Yang menguaP dengan

pendinginaiTiJengembunan. Beberapa teknik dqstilasi lebih cocok untuk pekerjaan-

ffiE4r.n preparatii di laboratorium dan rndustn. Sebagai currluir adaiah pcmurnian

alkohol, pemisahan minyak bumi menjadi fraksi-fraksinya, pembuatan minyak atsiri dan

sebagainya.

Pemisahan dengan destilasi berbcda dengan pemisahan dengan eara penguapan'

fra" p"tfrut "n

a*g"n cara destilasi semua komponen yang terdapa! di clalarn Jallpuran

bersifat mudah .menguap (volatil)'+

Tingkat penguapan (volatilitas) masing-masing

komponen berbeda-beda pada suh-u yang sama. Hal ini akan berakibat bahwa pada suhu,,1j

tertentu uap yang dihasilkan dari suatu campuran cairan akan selalu mengandung lebih

-tranwnL

.

-

. r-r: --L^l:!.-.,-vang le.hih volatil. Siiat Yang oemlklan Inl ai(atr

'cria'i sEtdiinii,a'

suhu tenentu fasa cairan akan lebih banyak mengandung komponen yang

iqf^"* *u J iliki

komoosisi vans berbeda. Pada pemisahan dengan cara penguapan komponen volatil

dipisahkan dari komponen yang non volatil, karena proses pemanasan. Sebagai contoh:

@ dlgun.rttan untrk *risuhkan air dari larutan NaCl berarr

sedang pemisahan dengan cara destilasi digunakan untuk memisahkan campuran alkohol

dari air. Untuk memahami proses destilasi utamanya destitasi fraksional, maka diperlukan

pengetahuantentanghubunganantaratitikdidihatautekananuapdaricampuransenyas'a

beserta komposisinya. Sebagai pcnycderhanaan, akan dibahas tentang camPuran biner'

4.2 Diagram Kesetimbangan Uap'Cairau Campuran Biner

seperti telah disebutkan di muka, dalam destilasi pada suhu terteniu caiian yang

setimbang dengan uapnya mempunyai komposisi yang berbeda' Uap selalu lebih banyak

mengandung komponcn yang tciih rolatil dcmikian juga terjadi sebaliknya. Pada suhu

L--L-r^ uarmcici ,,an nrirannwr eken hprtpda l)engan demikian maka komposisi uap...':'i..........i'-.,".-..../.-...'.-

yang setimbang dengan cairannya akan berubah sejalan dengan Perubahan suhu'

Perubahan komposisi sebagai fungsi suhu ini Auput d'gu*b"kun t*'goi d

flqd&-liE4r.3$

qi

il:s

kesetimbangan komposisi uap dan calran- nidapatdit@!

L 24

Contotr diagram titik didih sebagai fungsi komposisi

untEk sistem n-helcana - n-heptana dapat dilihat pada Gambar 4.t scbagai be,ikut

-1"-,

Heksma

1.0

HeptilaF.!(i q^l h-hen!1ni

Gambar 4.I Diagram Titik DidD vs Komposisi untuk Sistem n-he!.==*: -n-heptana

Keterangan : - kurva atas komposisi uap- kurua bawah komposisi caitan- garis-garis horisontal merupakan hubungan komposisi uap vans

cati-k^^^ l^---- ^^:-^---ovrrrrrvarrE vvr16orr L4rarllrJ4 paud wl uatal sullu

Diagram di atas menggambarkan hubungan titik didih, komposisi uap dan komoosisi

cairan-nya' Penggunaan diagram di atas akan mempermudah penggambaran proses

--destilasi.

Marilah kita perhatikan campuran n-heksana (A) dengan n-heptana (B). Senyawa

A akan mempunyai tekanan uap Pa yang lebih kecil dari tekanan uap cairan ;r*;E'yakni P^. Demikian juga untuk senya\\,a B, ps akrn lebih kecil dari Ps.I{ubungan p1

dengan r^ serta PB dengan P"6 dibenkan oreh hukurn Rourt dengan rumus sehalai

berikut:

Pt-= Xt P e. dan Pp. = Xe 1oP,=PttPn= Xe P,+Xsf.

diaiana X1 dan Xs adalar\ inoi fraksi A cian B ciaiam iarutan cairan. p, = tekanan uap total

dari fasa uap di atas cairan. Hukum l,aou ,--__----1"k"t

lr-r." y.rg k.c-ontoh larutan ideal ini adalah campuran-campuran n-heksana dengan n-heptana yang

telal:.jise-h'lier, di ri*r t

Sekarang bagaimanaliah hubungan komposisi uap, tekanan uao. dan komoosisi.Jrir.,, l.-...!.,-,- ,..,:- --;^ r..t,---- .-.^-., , ,-- ,,urrdri; ;ir;uaiiii ca;i paoa iuf,E!_i1:!1P!|![!Ia.!lgl,(3 aciaiah moi iraksr A cian il

,/.)

I|,=v^

aar'!=Y'

perbandingan antara P^ dengan Ps

Dari hubungan-hubungan di atas dapat dituliskan

sebasai berikut:

?;+=#="*Notasi cr disebut volatilitas relatif terhadap B' yang mcrupakan Perbandingan

rckanan uap

lJrn m"sing-masing komponen' yakni ?'^ . ,,0, komponen A lebih volatil dari pada

Pon

B, maka P^, Pr, dan juga l1t,

tuu, t"Uif, bcsar dari l-r' Hai ini merupakan prinslp

dasar destilasi ffifC;lasi bertingkaQ' yang mana di dalam pen<ltctnan

ffikomPonenYT4"bl:t*t'6ffi* ini akan menjelaskan hal tersebut:

Contoh soai:.-T;F;*akah komposisi uap yang setimbang dengan cairan yang berkomposisi

44(: r-at-hep'a*l 1z:.74Y':no! he!'ro'n: narla titik dirlihnya. Ilikerahui titik didih cairan

itu 800C. f heksana 1050 ton dan / heptana 421 ton'pada suhu dan tekanan tersebut (l

torr = 1 mmHg).

Penyelesaian:

Pt*r.- = Xede = 0,54 x 1050 ton = 567'00 ton

Pn"o^= Xsfs= 0,46 x 427 ton = 196'42 ton

. Prour = (56?'00 + 196'42) torr ='163'47torr

KomPosisi UaP:

a. he!:sana = 5{1i-'3-12 n i[ff#3 = iJ;T ?' s'rt'i

b. heptana = rw'+iioliZx ifr% = 1l:'iit-p v'sl'

Jika uap dengan komposisi seperti pada contoh soal di atas diembunkan' maka

fasa cair yang diperoleh (kondensat) akan mempunyai komposisi U'n % mol heksana'

dan 25J3 .} ilrf hcptana' Dengan demikian terjadi peogayaan heksana' yaitu dari 54 %

mol menjadi 74.n %'

Bagaimanakah jika kondensat dengan susunan '14"21 % mol heKsana oan z)''J

mol heptana didestitasi kembali? Dengan cara perhitungan yang sama' uap yang

dihasilkanakanmemPunyaikomposisiS?,5%molheksana.Bilahasil.hasilperhitungan

zo

ini dialurtan kc dalam suatu diagram titik didih sebagai funpi komposisi' akan diperolelr

dlagrarn se.petti ganrbar 4.1 di mukt.

Kcsirnpulan yang dapat ditarik dari contoh perhitungan dan diagram tersebut

ialah bahwa proses pengayaan uap akan merupakan fungsi dari tekanan uap relatif dari

dua komponen. Suatu destilasi tunggal tidak dapat menghasilkan. produk murni.

Meskipun demikian, pengertian proses pengayaan dapat meruPakan dasar untuk

mempel ajari desti lasi fraksional atau desti lasi 81ti ngkat.

43 DestilasiFraksional

Uestriasr tunggal menghasilkan pemisahan parsial dari komponen dimana fasa

uap diperkaya dengan zat yang lebih voiatil. Dalam destilasi fraksional atau destilasi

bertingkatprosespemisahanparsialdiulangberkaIiffilanjut. Hal ini bera-rti proses pengayaan dari uap yang iebih voiarii jugr

tdilt Tr?iii-t.ff:"p

Komposisi uap

heksana

163 xE2 xB,r tAo

-+ Komposisi cairan heprana

G+:nlar 42 Preses Penga3'aan Selama Dcstilfisi Fra*Lionasi Ber!4.-'3r;u;= :-I=:-=':

Campuran n-heksana-n-heptana (Pecsok l9T 6: 2Al

Menurut gambar di ut*, 1

suhu I tarutan ini akan mulai mendidih dan menghasilkan uap dengan komposisi I/p,6

nengemuunan uap ini @ komposisi x3. 1 . Komposisi

Xs I ini sama dengan l's 6, dengrn titik didih fi. Kondesat ini dijaga pada suhu I1 dan

;ji.i,,,i;1, in.*ii .op riiiurrrpuiiran. -rlondensar ke<iua mempunyar KomPonen ..tp. 2 o0ll

bertitik didih 12. I-angkah-langkah proses ini dapat diulang-ulang sampai didapatkan

ffiffitd;#.';;r'r;;i*1;:r.r::1',::1..',,. .-. .. .,.

de.stiiat murni dari komponen yang tebih volatit dan residu mumi dari komponen yang

lurang rolatil.

4.4 Destitsst Kolom ltrtup Gelembung

Gambar 43 Sistem Kerja Destilasi Kolom Tutup Gelembung

Proses pengayaan desriiasi iraksional di rnuka akalr ieirih dijelaskan

detil"si koiiii-iltutup gelembung. Sistem kerjanya dapat dilihat seperti Gambar 4'3 di atas'

co@6 dar t/i"o diparas!::r P:rla hejana dasa' (sri/l 'nat)

ilup yung dihasilkan meler:vati plat I kemudian disi an dan

NomPlrtc

a

3

2

lembuns. Plat suhu titik didih cairan

,ffiu-1,[nyn ,,ng renru saja lebih rendah da cairan mula-mula yang ada

di bejana dasar ada di plat I tutup plat 2, begitu

,ffi*yu rui,pui ptu r. a yrng uao dipuncak koloJn. Kelebihan cairan akan mengalir ke

r,-*^--Il" danc*n laeckrh-i*,"kah vrnf dituniukkan a,ieh Gari-Dar 4.:. rii- i)aua '-:trai'€,:_

M pendingin di tempatkan dipuncak kolo.m. Ketika sistem

dan cairan yang ada pada setiap pll uk*

P"n*yaa; yang timbul adalah "mungkinkah dua komponen dapat dipisahkan

pada tingkat kemumian yang diinginkan dengan menyediakan plat yang banyak"?

Sayangnya tcmakin banyak Plat somakin banyak campuran yang tertinggal dalam Plat'

Pada setian kali penoambilan hasil iung kolom akan mengakibatkan

tcrjadinya perubahan kesetimbangan pada plat tersebut, yang juga memPengaruhr

, : --keadaan kesetimbangan p.6---rrrur, kolom' Setiap penyimpangan dari keadaan

sdi;ffig "k"n

menghasilkan pemisahan y.ng kutung "ttktif'

Ju*luh pl'

dengan jumlah langkah pengayaan teoritis dan selalu kurang dari jumlalr plat scbcnamyar-r-- i--l-_-udratlr

^ulutll.

-

Dalarn praktek, hasil dcstilasi bertingkat dengan cara di atas terlalu sedikit

(kurang efektif). Iunrlah cairan cukup banyak yang tertinggal di dalam kolom. Untuk

mengatasinya kolom dapat diisi dengan padatan berpori dalam susunan yang tidak terlalu

rapat, sehingga uap akan menjadi lebih mudah didinginkan dan diuapkan itembali selama - -perjalanannya di dalam kolom.

Keefektifan kolom ditentukan oleh banyak faktor, antara lain: (l) pengaturan

materi dalam kolom; (2) pengaturan temperatur; (3) panjang kolom; (4) dan kecepatan

penghilangan hasil destialsi. Satuan dasar efisiensi adalah HETP (Height Equivalent to a

-

Theoritical Plate = tinggi setara terhadap suatu plat teoritis) atau disingkat H saja.

T

Harganyadapatdihitungdengan rumus : H =a dengan : L = oanjang kolom dan rr =

jumlah plat

.lumlah plat teonus yang diperlukrn untuk me*perkai.a suaiu campiiran binei

tertentu dapat dihitung melalui contoh berikut. Misalkan ada campuran birer A daa B

dengan konsentrasi awal X+odan Xso, dan setelah proses destilasi diinginkan nnencapai

crralr rlT3ierl kenurni:n sehes:r..v*., d;r:gl;.X a.iaiali fiaLsi irri;i, rrraii;: ji":::,-lii i',,1i

teoritis dalam kolom fraksionasi dapat dihitung melalui rumusan volatilitas relarif (4.Uambaran proses dimulai dari bejanh dasar. Uap di dalam bejana dasar (plat ke-nol)

*sebagai hasi penguapan penama memberikan rumus perhitungan:

Y^o X ^ol'o.o X u.o

Y

^.u" A.a

l-r-=o;- r-l - t a0 , - n ^o

Ketika uap bejana dasar ini mengembun di dalam plat pertama, konsentrasinya

tidak berubah, karena itu Xtt = Yr.o, Bila cairan yang diperoleh ini mengrrao Dadl !'l4t

pertama akan beriaku rumus:

)'^., = o ,^, -o t^,0 - ar_at.o_l-Y^., I-X^., l-Y^.0 1-X^.0

Sesudah plat ke r yang memberikan n +l pengulangan pengembunan dan penguapant

rumus di atas menjadi:

'a tr " A0a

-ititu

l-I'n., 1-Xn.n

29

u X*log -l3L= (z + l)log a + log

-

-l-r^o - ''-'l-)(*t

Ketika uap di dalam Ptat ke r ini mengembun, maka komposisi destilat akhir

(final) akan menjadi I'r, = Xr"r, karcna itu : 2

,*?h='"s#,sehingga

(n+r)togan,"rH =b1i*. x

^., (l - x^.0)

IOE-- x^.0(l - X^., ),r+l=,ioga

Persamaan terakhir <iisebut peruamaan Fenske, yang bisa digunakan untuk memper-

kirakan jumlah plat teoritis dalam suatu kolom.

Contoh soal :

Hitung berapa plat teoritis diperlukan untuk meperkaya campuran benzena -

roluena dengan susurran eki:imolar dengan harga c 2,4.1 . Destila-t akhir yang diinginkan

adalah benzena dengan X1,1 - 0,95D..-.,.at^.a;.=!,,^ E,rw..--.- .

[[,o" o,ggs * o,soo)l

l[ "0,500x0,00s/ |,i=t-t-r

I be2.a7 |Li

- 4,9 plat, tidak termasuk bejana dasar dan kondensat akhir'

Secara praktis diperlukan sekurang-kurangnya 6 plat untuk memisahkan campuran

dengan kemumian sepcrti contoh di atas. Sebagai perkiraan kasar, marilah kita asumsikan

*b:;:: -::ii:-:: il) p:rni<"h". v**c "i-"::ik" akan alenghasiii:,;r produk pada puncak

kolorn dengan komposisi sckurang-kurangnya 9l% komponen yang ietiiir volati!; (2)

suatu campuran khusus akan mempunyai titik didih rata-rita 1500C, (3) dan kolom

dioperasikan dengan total refluk. Untuk campuran biner yang komponen-komponen

murninya mempunyai pcdrcdaan titik didih scbesar /?0. junrlah plat minimum yang

.ji;;s!::!1;i !:n?:tk pernis::hte yang t ait dapat dilihat nada Tabel 4.1 sebagai berikut:

3{J

Taber 4'r tT,#

prat Teorrtis yang Diperrukan uutuk Membuar pemrsehan yeng

(pccsok, I

4.5 Refluks Ra-sio

976:22)

Refluks ra.sio (B) adalah p"tondi,l-q1n antara jumlah uap yang kembali sebagaicairan yang tetah direfruks rnelrlrri kolnm r..*;^ffiuarrail yang reran dtrefluks melalui kolom bertingkar der_ _ _- _,.tgan iumlah hlsil akhir irtect;l"tipcrsatuan wuktu. Har-ta rciluk rasro bcrvariasi dari nol hinn,r rrr. rFrh;nr-. t r_,..r. .. :

umlah hasil akhir (destilat)

hingga tak rerhinsga. U3glg;ganindustri dengan skala besar, diinginkan suatu haiga R, ieiiduir (sering kaii iebih kecri ctarisatu) agar terjadi kenaikan produk dad d;m untuk keperluan analisis

^4 rei Itmlnh

t0872

36

20

IOI

Ia

5tn

20r00

)

drperlukan harga R, besar (biasanya l0 sampai dengan 50) agar kondisi kesetidalam t.tup t"rjugo s"hinggu didrprtkun p"rniruhu. yarrg r"bih baik. sebagai dasaracuan, harga rl. kra-kira sama riengan ju.tuh di ddil"t.*_

didinginkan arau diu

4.6 Kolom Fraksionas!

Dalanr praktek' korom rutup gerembung kurang efektif untuk pekerjarn dilaboratorium. Hasirny'a reratif terralu sedikit bila dibandingkan dengan besar bahan 1.anrIerkandung di dlranr korom- Dengan karl lain kolom tutup gerenrbung memiriki keruaranv,ng kecil dengan sejumlah besar bahan ,rngffir,kolom. PerbriL:in re:.hltjap hlii ini dapai ciilalukan dengan caru ntemtsan! Deriniirn,,_:-___- ..$r,,, udlidi urrd^ulJ0 ocngiln cilrJ ntgmitsilns pertntltnr:.rn,a,

orngrnxan arau diuapkan te@Aurn tolo*]K*$" t.1", rnl sangar dipengaruhi oleh uetirapa fakror seperti cara

JI

rl4-,..,.{E}tt";"'.'

4.7 Destllesi Uop

Dcstilasi uap adalah cara untuk rnengisolasi dan memurnikan senyawa cara-

dcstilasi uap dapat digunakan untuk mcmisahkan:

a, Senyawa yang tidak mudah menguap atau senyilwa_vi.ng tidak dikehendaki,misalnya ter.

D I Campuran berar-rlring mengandung garam_garam anorganik terlarut.c. Senyawa yang secara tidak langsung menguap dalam uan air misalnya; orto

nitrofenol dan para nitrofenol.

C. Hasi! snmping lenentu ),ang terurpksn qleh 4enc611;[ 166 611.

Datam destilasi uap, uap yang keluar setelah kontak dengan bahan yangO,O*rt,*, ,.rrp. komponen sebanding dffivolumenya.

- 'rq

-Tiii kornp.ner A tiuri B rrremirerriui suaiu campuran yang tidak bercarnpur nnaka

tekonan u +

Pr. furp".iri *p"Vr rk rus dengan tekanan ,;il;;EG.Iadi n,

= p, dimana n adatah jumlah moi aun@ *n,un D P,

tiari fasa uap. Penjabaran runri.rs sclatuutiua rnenJaor se-oagai berikur:

!!^ - !^ -..--

=PnP,.

ll/o _M,n,, _i,I .r.p.\WB M,.n, Mr.p,

Dari r-untus tersebui daoai dikcmukalo: ? h:1, .,,eitr: ii,r he=t :elatif daaklry:ld"ir* tu."

"", fu i.lr@;: ;e!;if ji gi.=EEfficarr yan-g re(ampung di dalam. destilat berbanding . lanesune dengan

nB PB

(w^\l"^)nr," )1",)

rffi

{.8 Rangkum"n

Pemrsahan dengan cara destilasi mclibatkan pencuapan difcrcnsiar dari suahr&lmpuran cairan diikuti dengan penampungan materiar yang menguap dengan carapendinginan dan pengcmbunan. Destirasi hanya merupakan sarah satu rangkah sai; d.:rampekerjaan analisis kimia. Har ini misarnya terjadi pada analisis kadar N dan pr.tein cai.Kjeldahl. secara umuiir destilasi aapallittasinusikan menjadi destilasi sederhana,

dcstilasi fraksional dan destilasi uap.

Pemisahan destilasi ry4angkut kesaimbangan uap dan cairan pada suhu Frtentu.,/uap dari campuran brl{sehru mengandung rebih banyak Tary^nalebih volaul Hr inr

menjadi dasar proses pengayaan komponen tertentu pada destilasi fraksional. Destilasikolom tutup geiembung merupakan ujud dari proses pengayaan destirasi fraksionaldenorn tcnri hl,tr l)o.r:1..i ,,.\^ r;-..^^!-^-

bercampur dengan air, senyawa yang secara tidak lanrsrrng menguap .lai:* air, iancxmpuran berair yang mengandung garam-garam terlarut.

4.9 Soal-soal Latihan

l. Apakah perbedaan pemisahan secara destilasi dan penguapan? Berikan ccntoh asar

ritcri;rrJi jei;;r. ,,,'2. Tuliskan perbedaan anrara: a) destilasi sederhana, Al 9::xK Arningkat, c) destilasi

uap. ,/ ,,/'3. Apaliah yang dimaksud dengm HET7?

4. Dapatkah etrsiensi destila.si dipertinggi dengan memperUanyft<rptat.l 2/-5. Proses destilasi uap klorobenzena (M, = 112,50) dilakukan pada temperatur destilasi

9loC, dan tekanu lua. l atnr. pada temperatur tersebut tekanan uap krorobenzena =3l-l nrmHg. Br'rapxkah berar air (M, = 18,00) diperlukan untuk mendestilasi 20 gram

klorobenzena.

6' Tekanan uap n-oklana pada 100"c = 351 torr dan isooktana oada srhrr vsnr ssmi ='i7i toIT. Jika suatu bahan bakar.meneandunc 90 % mol isookatane dan r{'r @, mnr --.'.1:-,.. !.--..v,rru,,q, vurgpa{| rLtrdId[ uap uulstilg_maslng p&oa SUnU lUU"C.J

7' Suatu campuran cairan 3 mol A dan 2 mol B mendidih pada temperatur lOdc pada

tekanan 760 torr. Ilitunglah tekanan uap mumi A pada temperatu tersebut, jikatekanan uap mumi B adalah 400 torr.

33