F09ssu.pdf

7/25/2019 F09ssu.pdf

1/115

RANCANGAN DAN UJI KINERJA ALAT DISTILASI

ETANOL DENGAN METODE REKTIFIKASI

Oleh :

SIGIT SUSILO

F14104035

7/25/2019 F09ssu.pdf

2/115

RANCANGAN DAN UJI KINERJA ALAT DISTILASI ETANOL DENGAN

METODE REKTIFIKASI

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian

Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

7/25/2019 F09ssu.pdf

3/115

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

RANCANGAN DAN UJI KINERJA ALAT DISTILASI ETANOL DENGAN

METODE REKTIFIKASI

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian

Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh :

SIGIT SUSILO

F14104035

7/25/2019 F09ssu.pdf

4/115

RIWAYAT HIDUP

Penulis bernama lengkap Sigit Susilo dengan nama

panggilan sigit, dilahirkan di Purworejo pada tanggal 03

Desember 1985. Penulis dilahirkan dari pasangan

Sudiharjo (Ayah) dan Sumirah (ibu) dan merupakan anak

kesepuluh dari sepuluh bersaudara. Penulis menjalankan

pendidikan dasar di SD N Rowobayem kemudian pada

tahun 1998 melanjutkan pendidikan di SMP N1 Kutoarjo.

Pada tahun 2002-2004 penulis menempuh pendidikan pada SMU N1 Purworejo.

Selesai pendidikan SMU, penulis melanjutkan studi di departemen Teknik

Pertanian IPB melalui jalur USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB).

Selama kuliah penulis aktif di berbagai kegiatan akademis maupun non

akademis. Penulis aktif di Badan Eksekutif Mahasiswa Fateta (BEM-F) periode

2006-2007 sebagai staf pengabdian masyarakat, di Himpunan Mahasiswa Teknik

Pertanian (Himateta) IPB periode 2007-2008 sebagai kepala departemen

k i h S l i it li j ktif d l k i t i l ti d

7/25/2019 F09ssu.pdf

5/115

Sigit Susilo. F14104035. Rancangan dan Uji Kinerja Alat Distilasi Etanol dengan

Metode Rektifikasi. Dibawah bimbingan: Leopold Oscar Nelwan. 2009

RINGKASAN

Pemanfaatan energi alternatif sedang digalakkan guna mengurangi

ketergantungan terhadap bahan bakar minyak (BBM), dimana salah satunyaadalah pemanfaatan bioetanol. Bioetanol dapat digunakan untuk menggantikan

bahan bakar bensin. Dalam pengembangan industri bioetanol, 50% lebih biaya

produksi terdapat pada proses pemurnian sehingga bagian pemurnian sangat

penting dalam proses produksi bioetanol. Distilator merupakan alat pemurnian

campuran etanol-air menjadi komponen-komponennya. Metode dalam pemisahan

terdiri dari dua jenis yaitu distilasi sitem batch dan distilasi sistem kontinyu.

Perbedaan kedua metode ini adalah pada sistem pengumpanan bahan yang akan

didistilasi serta kapasitas produksi.

Penelitian ini bertujuan merancang alat distilasi etanol dengan metode

rektifikasi dan menguji kinerja alat pada beberapa metode pengoperasian dan

konsentrasi awal etanol. Penelitian dimulai pada bulan Maret sampai November

2008 di Laboratorium Metanium Leuwikopo dan laboratorium Energi dan

Elektrifikasi Pertanian, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi

Pertanian, IPB.

T h liti dib i d l d it b d ji

7/25/2019 F09ssu.pdf

6/115

dirancang dari bahan steanless steeldengan diameter luar 7.62 cm, tebal 0.1 cm,

dan tinggi 100 cm.Tangki pemasukan berfungsi untuk memasukkan bahan umpan yang akan

didistilasi. Bahan tangki pemasukan terbuat dari gelas ukur berskala dua liter.

Kondensor dirancang dari bahan stainless steeldengan ukuran diameter 5

cm, panjang 30 cm. Pipa didalam terdiri dari empat pipa kecil dengan ukuran

diameter 0.5 cm, panjang 30 cm. Pipa didalam kondensor terdiri dari 4 pipa

bertujuan untuk memperluas kontak uap etanol dengan air sehingga proses

kondensasi dapat berlangsung sempurna.

Hasil distilasi ditampung dalam pipa penampung distilat yang dirancang

dari pipa stainless steel dengan diameter 5 cm dan panjang 10 cm. Pada pipa

penampung ini dibuat dua percabangan yang berfungsi sebagai pembagi hasil.

Percabangan pertama berfungsi sebagai saluran refluks sedangkan percabangan

lainnya sebagai hasil atas distilasi.

Perubahan suhu steam (Ts) terhadap waktu pada ketiga metode adalah

konstan setelah katup dibuka, sedangkan perubahan suhu kondensat steam (Tsc)

cenderung fluktuatif tetapi pada akhir pengujian menjadi konstan ketika seluruhuap steam yang keluar berupa uap panas. Perubahan suhu kolom bawah (Tb)

cenderung meningkat pada metode batch dengan semakin menurunnya

konsentrasi dalam kolom bawah sedangkan metode kontinyu suhu Tb konstan.

Perubahan suhu di menara kolom tray (Tm) pada metode bacth menurun pada

akhir pengujian karena etanol dalam sampel telah habis, sedangkan pada metode

kontinyu suhu Tmkonstan. Suhu air yang keluar dari kondensor (Tco) lebih besar

dari pada suhu air yang masuk ke dalam kondensor (T ci) karena adanya pindah

d i t l k i hi t j di k d i

7/25/2019 F09ssu.pdf

7/115

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat, karunia serta

hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

Skripsi ini berjudul Rancangan dan Uji Kenerja Alat Distilasi Etanol dengan

Metode Rektifikasi.

Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak menerima bantuan dari

berbagai pihak yang bersifat materiil, bimbingan maupun semangat. Oleh karena

itu, penulis mengucapkan rasa penghargaan dan terima kasih kepada :

1. Kedua orang tua, kakak-kakakku tercinta dan segenap keluarga yang telah

memberikan dukungan, doa dan semangat kepada penulis.

2.

Dr. Leopold Oscar Nelwan, S.TP, M.Si selaku dosen pembimbing yang

telah memberikan bimbingan dan arahan selama pelaksanaan kegiatan

penelitian dan dalam penyusunan skripsi ini.

3. Bagian Energi dan Elektrifikasi Pertanian atas biaya penelitian yang

7/25/2019 F09ssu.pdf

8/115

11.Rekan-rekan sejurusan atas kebersamaannya selama empat tahun di

Teknik Pertanian.

12.

Louis (Swiss German University) yang telah membantu selama pengujian

yang penuh dengan semangat dan perjuangan.

13.Eni, dena, tuko, fadly, indra, irna, frima, heru, elvi, riska, cahya dkk atas

bantuan dan dukungannya.

14.

Seluruh pihak yang telah membantu secara langsung maupun tidak

langsung, yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih banyak

kekurangan. Oleh karena itu, segala kritikan dan saran yang bersifat membangun

sangat diharapkan demi kesempurnaan skripsi ini.

Bogor, Januari 2009

P li

7/25/2019 F09ssu.pdf

9/115

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ........................................................................................ i

DAFTAR ISI........................................................................................................ ii

DAFTAR TABEL................................................................................................ iii

DAFTAR GAMBAR.......................................................................................... v

DAFTAR LAMPIRAN....................................................................................... vi

I. PENDAHULUAN ........................................................................... 1

A. Latar Belakang ......................................................................... 1

B. Tujuan Penelitian...................................................................... 2

II. TINJAUAN PUSTAKA.................................................................... 3

A. Etanol....................................................................................... 3

B. Mutu Etanol.......................................... 4

C. Bioetanol................................................................................... 6

D.

Azeotrop................................................................................... 8

E.

Distilasi......................................... 10

7/25/2019 F09ssu.pdf

10/115

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN......................................................... 31

A.

Perancangan alat distilasi etanol dengan metode rektifikasi...... 31

B.

Pengujian Alat Distilasi Etanol.. ............................................... 37

1. Distilasi sistem batchtanpa refluks................................... 38

2. Distilasi sistem batchdengan refluks................................. 40

3. Distilasi sistem kontinyu dengan refluks........................... 48

C.

Perbandingan Perubahan suhu dan volume distilat pada

tiga metode pengujian .............................................................. 53

1.

Pengujian dengan sampel etanol 10%............................... 53

2. Pengujian dengan sampel etanol 30%............................... 57

D. Konsentrasi Hasil Pengujian. ................................................... 61

E.

Kebutuhan Energi untuk proses distilasi.................................. 64

V. KESIMPULAN DAN SARAN......................................................... 66

A. Kesimpulan ............................................................................. 66

B. Saran ........................................................................................ 66

DAFTAR PUSTAKA ............ 67

LAMPIRAN 69

7/25/2019 F09ssu.pdf

11/115

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Sifat fisika dan kimia etanol absolut dan etanol teknis................... 3

Tabel 2. Syarat mutu etanol berdasarkan Standar Nasional Indonesia................ 6

Tabel 3. Rancangan fungsional alat distilasi etanol............................................. 22Tabel 4. Prosedur pengujian alat distilasi etanol.................................................. 26

Tabel 5. Penggunaan energi selama proses distilasi............................................. 64

7/25/2019 F09ssu.pdf

12/115

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Constant Boiling Mixture................................................................. 8

Gambar 2. Diagram kesetimbangan, sistem etanol-air...................................... 9

Gambar 3. Diagram titik didih etanol-air.......................................................... 10

Gambar 4. Hambatan panas pada tiga lapisan penyusun silinder ..................... 17

Gambar 5. Diagram alir prosedur penelitian..................................................... 20

Gambar 6. Rancangan alat distilasi etanol......................................................... 31

Gambar 7. Steam boiler...................................................................................... 32

Gambar 8. Kolom bawah................................................................................. 33

Gambar 9. Plate dalam kolom bawah............................................................. 33

Gambar 10. Pipa spiran tembaga......................................................................... 33

Gambar 11.Traytampak samping........................................................................ 34

G b 12 T ki 35

7/25/2019 F09ssu.pdf

13/115

Gambar 29. Perbandingan perubahan suhu Tscsampel etanol 10%.................... 54

Gambar 30. Perbandingan perubahan suhu Tbsampel etanol 10%..................... 55

Gambar 31. Perbandingan perubahan suhu Tmsampel etanol 10%.................... 55

Gambar 32. Perbandingan volume distilat pada sampel etanol 10%................... 56

Gambar 33. Perbandingan perubahan suhu Tssampel etanol 30%...................... 57

Gambar 34. Perbandingan perubahan suhu Tscsampel etanol 30%.................... 58

Gambar 35. Perbandingan perubahan suhu Tbsampel etanol 30%..................... 58

Gambar 36. Perbandingan perubahan suhu Tmsampel etanol 30%.................... 59

Gambar 37. Perbandingan volume distilat pada sampel etanol 30%................... 60

Gambar 38. Konsentrasi distilat (top product) pada distilasi etanol... 61

Gambar 39. Konsentrasi produk bawah (bottom product) pada distilasi etanol.. 63

Gambar 40. Energi yang terpakai untuk distilasi................................................ 66

7/25/2019 F09ssu.pdf

14/115

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman.

Lampiran 1. Data pengujian metode BTR.10 ..................................................... 72

Lampiran 2. Data pengujian metode BTR.30 ..................................................... 73

Lampiran 3. Plot data pengujian BTR.10 dan BTR.30 ke diagram titik didih

etanol-air ........................................................................................ 74

Lampiran 4. Data pengujian metode BR.10 ....................................................... 75

Lampiran 5. Data pengujian metode BR.30 ....................................................... 76

Lampiran 6. Plot data pengujian BR.10 dan BR.30 ke diagram titik didih

etanol-air ........................................................................................ 78

Lampiran 7. Data pengujian metode KR.10 ....................................................... 79

Lampiran 8. Data pengujian metode KR.30 ....................................................... 80

Lampiran 9. Plot data pengujian KR.10 dan KR.30 ke diagram titik didih

etanol-air ........................................................................................ 81

Lampiran 10. Tabel densitas etanol pada suhu dan konsentrasi berbeda ........... 82

7/25/2019 F09ssu.pdf

15/115

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Penyediaan energi di masa depan merupakan permasalahan yang

senantiasa menjadi perhatian semua bangsa karena kesejahteraan manusia

dalam kehidupan modern sangat terkait dengan jumlah dan mutu energi yang

dimanfaatkan. Penyediaan energi merupakan faktor yang sangat penting dalam

mendorong pembangunan terutama bagi negara sedang berkembang seperti

Indonesia. Seiring dengan meningkatnya pembangunan, kebutuhan akan

energi terus meningkat, terutama pembangunan di sektor industri,

pertumbuhan ekonomi, dan pertumbuhan penduduk.

Sampai saat ini, minyak bumi merupakan sumber energi yang utama

dalam memenuhi kebutuhan di dalam negeri. Selain itu minyak bumi juga

berperan sebagai sumber devisa negara. Peranan minyak bumi yang besar

tersebut terus berlanjut, sedangkan cadangan semakin menipis. Selain itu,

produksi bahan bakar minyak (BBM) yang dilakukan melalui teknologi

t f i di d l i tid k k i k b t h

7/25/2019 F09ssu.pdf

16/115

alkohol dengan cara distilasi biasa. Oleh karena itu, untuk mendapatkan fuel

grade ethanol dilaksanakan pemurnian lebih lanjut dengan cara azeotropic

distilation(Nurdyastuti, 2008).

Pengembangan alat distilasi etanol sangat penting dalam industri

bioetanol. Produk bioetanol hasil fermentasi mengandung alkohol yang rendah

yaitu 8-10% alkohol. Oleh karena itu, untuk mendapatkan mutu bioetanol

yang tinggi diperlukan proses pemurnian lebih lanjut dengan jalan distilasi

bertingkat. Metode distilasi kontinyu dengan refluks (rektifikasi) merupakan

salah satu metode distilasi yang cukup efisien diterapkan dalam skala industri.

Metode ini menggunakan sejumlah stage yang disusun secara cascade

sehingga akan meningkatkan proses pemisahan. Metode rektifikasi memiliki

beberapa keuntungan yaitu 1). kapasitas operasi lebih besar, 2) biaya lebih

murah, 3). laju distilasi konstan, dan 4). hasil distilasi memiliki tingkat

konsentrasi lebih tinggi.

Distilasi sistem batchumumnya digunakan dalam skala laboratorium

dimana kapasitas yang digunakan relatif kecil dibandingkan sistem kontinyu.

L j di il i d d b h k ki d ki

7/25/2019 F09ssu.pdf

17/115

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Etanol

Etanol adalah salah satu senyawa alkohol dengan rumus kimia

C2H5OH yang berupa cairan tidak berwarna, jernih, mudah menguap,

memiliki bau yang sangat halus, dan rasa yang pedas. Secara umum etanol

dibagi menjadi dua jenis yaitu etanol absolut dan etanol teknis (etanol 95

persen (v/v)). Sifat-sifat fisika dan kimia etanol absolut dan etanol teknis dapat

dilihat pada Tabel 1. Etanol juga memiliki sifat dapat bereaksi dengan logam

membentuk etoksida, dapat diesterifikasi dengan asam organik maupun

anorganik menjadi ester, dapat bereaksi dengan gugus karbonil aldehida dan

keton membentuk asetal serta dapat dioksidasi menjadi asetaldehida dan asam

asetat dengan bantuan katalis (Kirk dan Othmer, 1985).

Tabel 1. Sifat fisika dan kimia etanol absolut dan etanol teknis *)

Parameter Etanol absolut Etanol teknis

Ti ik b k (C) 112 4

7/25/2019 F09ssu.pdf

18/115

adalah hasil samping industri gula yang terdiri dari 35-40 persen sukrosa dan

15-20 persen gula invert (Kent, 1992).

Proses pembuatan etanol dengan menggunakan tetes tebu lebih

sederhana karena hanya mencakup proses fermentasi dan distilasi. Selama

proses fermentasi, yeast (khamir) akan mengubah glukosa hasil hidrolisis

menjadi etanol dan CO2 serta senyawa ikatan lain seperti aldehida, amil

alkohol, butil alkohol, dan propil alkohol. Senyawa ikatan tersebut harus

dipisahkan dari etanol sampai pada batas-batas tertentu untuk mencapai

tingkat mutu yang baik (Saraswati, 1985). Senyawa ikatan tersebut dapat

berupa asam organik, aldehida, ester, dan alkohol tingkat tinggi (minyak fusel)

(Paturau, 1982).

B. Mutu Etanol

Etanol dikategorikan dalam dua kelompok utama. Pertama, etanol 95-

96% v/v, disebut etanol berhidrat, yang dibagi dalam tiga grade : (1)

technical/raw sprit grade, digunakan untuk bahan bakar spiritus, minuman,

d i f k d l (2) i d i l d di k k b h b k

7/25/2019 F09ssu.pdf

19/115

baku spiritus, dan bahan antara produk lain. Etanol absolut adalah etanol

dengan kadar yang sangat tinggi (lebih dari 96,5% (v/v)) dan digunakan untuk

pembuatan obat-obatan, bahan pelarut, dan bahan antara produksi senyawa

lain.

Paturau et al. (1982) menggolongkan mutu etanol menjadi 4 golongan

yaitu : (1) etanol industri, (2) spiritus, (3) etanol murni, dan (4) etanol absolut.

Etanol industri adalah etanol dengan kadar 96,5GL biasanya digunakan untuk

industri dan tujuan lain seperti sebagai pelarut, bahan bakar, serta untuk bahan

baku produksi senyawa kimia lain. Etanol industri biasanya didenaturasi oleh

0,5-1% piridin kasar dan biasanya diwarnai dengan metil violet supaya mudah

dikenali. Spiritus adalah etanol industri asli yang telah didenaturasi dan

diwarnai dengan kadar 88GL. Spiritus digunakan untuk bahan bakar

pemanasan dan penerangan. Etanol murni adalah suatu jenis etanol dengan

kadar 96,0-96,5GL yang digunakan terutama untuk industri farmasi dan

kosmetik serta untuk minuman beralkohol sedangkan etanol absolut adalah

etanol dengan kadar yang sangat tinggi yaitu 99,7-99,8GL.

M l di hi l h i k k i (k d

7/25/2019 F09ssu.pdf

20/115

konsentrasi etanol semakin tinggi. SNI menetapkan bahwa kadar asam (asam

asetat) larutan etanol prima super maksimal 15 mg/l.

Aldehida merupakan senyawa organik yang mengandung gugus

karbonil dengan satu gugus alkil dan satu hidrogen yang terikat pada karbon

karbonil serta memiliki rumus umum R-COH (Russel, 1992). SNI menetapkan

bahwa kadar aldehida (asetaldehida) untuk etanol prima super maksimal 4

mg/l.

Uji kualitatif untuk mengetahui ada/tidaknya senyawa ikatan etanol

yang mudah dioksidasi oleh KMnO4(diantaranya adalah asetaldehida) adalah

uji barbet. SNI menetapkan bahwa uji barbet untuk etanol bermutu prima

super minimal 20 menit. Secara lengkap persyaratan mutu berdasarkan SNI

06-3565-1994 dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Syarat mutu etanol berdasarkan Standar Nasional Indonesia *)

SpesifikasiKualitas

Prima Super Prima I Prima II

K d l k 96 8% ( / ) i 96 1 % ( / ) i 95 % ( / )

7/25/2019 F09ssu.pdf

21/115

bahan berpati seperti jagung, dan ubi-ubian, bahan berserat yang berupa

limbah pertanian masih dalam taraf pengembangan di negara maju

Hutrindo (2006) menyatakan bahwa bioetanol merupakan senyawa

pengganti bensin yang terbentuk melalui proses fermentasi. Gasohol yang

merupakan campuran 10 persen bioetanol dengan bensin menunjukkan

karakteristik yang hampir sama dengan bensin pertamax. Bahkan hasil uji

coba gasohol pada kendaraan bermesin bensin menunjukkan kualitas emisi gas

hasil pembakarannya menjadi 30-40 persen lebih baik. Namun bioetanol

hanya memiliki dua-pertiga energi bensin, karena itu penggunaan bioetanol

murni pada kendaraan bermesin bensin akan menimbulkan masalah. Hal ini

dapat diatasi dengan mengubah desain mesin dan reformulasi komposisi

bahan bakar.

Alkohol merupakan bahan bakar yang bersih, hasil pembakaran

menghasilkan CO2 dan H2O. Penambahan bahan yang mengandung oksigen

pada sistem bahan bakar akan mengurangi emisi gas CO yang sangat beracun

dari sisa pembakaran. Aditif MTBE pada mulanya dipergunakan untuk

i k k il i k i i dil di k MTBE d

7/25/2019 F09ssu.pdf

22/115

polimer. E10 dapat langsung dipergunakan pada mobil tanpa banyak

perubahan. Campuran E85 dengan etanol 85%, bensin 15%, dipergunakan

untuk mobil khusus untuk bahan bakar etanol. Jumlah bensin 15% diperlukan

karena etanol kurang mudah menguap sehingga pada suhu dingin kesulitan

untuk menyalakan mesin. Keluhan dari beberapa pengguna bensin-etanol

adalah harus sering menguras air dari tangki minyak, etanol cenderung

menyerap air dan air terpisah dalam tangki. Selain itu, energi menjadi

berkurang atau jumlah bahan bakar bertambah, karena etanol telah

mengandung oksigen.

D. Azeotrop

Hidayat (2007) menyatakan bahwa azeotrop merupakan campuran dua

atau lebih komponen pada komposisi tertentu dimana komposisi tersebut tidak

dapat berubah hanya melalui distilasi biasa. Ketika campuran azeotrop

dididihkan, fasa uap yang dihasilkan memiliki komposisi yang sama dengan

f i C i i i di b j b l

7/25/2019 F09ssu.pdf

23/115

Titik A pada pada kurva merupakan boiling point campuran pada

kondisi sebelum mencapai azeotrop. Campuran kemudian dididihkan dan

uapnya dipisahkan dari sistem kesetimbangan uap cair (titik B). Uap ini

kemudian didinginkan dan terkondensasi (titik C). Kondensat kemudian

dididihkan, didinginkan, dan seterusnya hingga mencapai titik azeotrop. Pada

titik azeotrop, proses tidak dapat diteruskan karena komposisi campuran akan

selalu tetap. Pada gambar di atas, titik azeotrop digambarkan sebagai

pertemuan antara kurvasaturated vapordansaturated liquid(ditandai dengan

garis vertikal putus-putus) (Hidayat, 2007).

Sebagai contoh kita dapat memperhitungkan sistem etanol-air. Bentuk

ini adalah azeotrop pada titik didih minimum yang homogen pada

konsentarasi 0.8943 mol fraksi etanol, seperti yang ditunjukkan pada Gambar

2 dan 3 dibawah ini :

7/25/2019 F09ssu.pdf

24/115

Gambar 3. Diagram titik didih etanol-air

Pemisahan komponen-komponen yang mempunyai titik didih hampir

sama sulit dicapai dengan distilasi sederhana, walaupun jika campuran itu

7/25/2019 F09ssu.pdf

25/115

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 cair. Semua komponen tersebut terdapat dalam fasa cairan

dan uap. Fasa uap terbentuk dari fasa cair melalui penguapan (evaporasi) pada

titik didihnya (Geankoplis, 1983).

Syarat utama dalam operasi pemisahan komponen-komponen dengan

cara distilasi adalah komposisi uap harus berbeda dari komposisi cairan

dengan terjadi keseimbangan larutan-larutan, dengan komponen-

komponennya cukup dapat menguap. Suhu cairan yang medidih merupakan

titik didih cairan tersebut pada tekanan atmosfer yang digunakan (Geankoplis,

1983).

Distilasi dilakukan melalui tiga tahap: evaporasi yaitu memindahkan

pelarut sebagai uap dari cairan; pemisahan uap-cairan di dalam kolom, untuk

memisahkan komponen dengan titik didih lebih rendah yang lebih volatil dari

komponen lain yang kurang volatil; dan kondensasi dari uap, untuk

7/25/2019 F09ssu.pdf

26/115

kecepatan tertentu. Tetapi setiap molekul dalam cairan hanya bergerak

pada jarak pendek sebelum dipengaruhi oleh molekul-molekul lain,

sehingga arah geraknya diubah. Setiap molekul pada lapisan permukaan

yang bergerak ke arah atas akan meninggalkan permukaan cairan dan akan

menjadi molekul uap. Molekul-molekul uap tersebut akan tetap berada

dalam gerakan yang konstan, dan kecepatan molekul-molekul dipengaruhi

oleh suhu pada saat itu (Guenther, 1987).

Kondensasi atau proses pengembunan uap mejadi cairan, dan

penguapan suatu cairan menjadi uap melibatkan perubahan fase cairan

dengan koefisien pindah panas yang besar. Kondensasi terjadi apabila uap

jenuh seperti steam bersentuhan dengan padatan yang temperaturnya di

bawah temperatur jenuh sehingga membentuk cairan seperti air

(Geankoplis, 1983).

2. Proses Distilasi

Menurut Brown (1984) dalam prakteknya ada berbagai macam

7/25/2019 F09ssu.pdf

27/115

distilasi campuran azeotrop dengan menambahkan komponen ketiga yang

dapat larut dalam salah satu komponen pada campuran tersebut.

Proses distilasi vakum yaitu suatu proses distilasi dengan

menggunakan tekanan yang sangat rendah (vakum), pada proses ini titik

didih campuran yang akan dipisahkan mendekati sehingga pemisahannya

menjadi sulit. Kemudian dengan jalan mengubah tekanan operasi akan

memberikan perubahan tekanan uap masing-masing komponen, sehingga

pemisahan dapat dijalankan, sebagai contoh campuran air dengan air berat.

3. Distilasi Kontinyu dengan Refluks (Rektifikasi)

Perkayaan arus uap di dalam kolom, yang berada dalam kontak

dengan refluks disebut rektifikasi (rectification). Dalam hal ini tidak

menjadi soal dari mana asal refluks itu, yang penting konsentrasi

komponen bertitik didih rendahnya harus cukup besar untuk mnghasilkan

produk yang dikehendaki. Sumber refluks biasanya berasal dari kondensat

yang keluar dari kondensor (McCabe et al,1999). Kondensat dalam pipa

7/25/2019 F09ssu.pdf

28/115

4. Rasio Refluks

Rasio refluks didefinisikan sebagai rasio antara jumlah mol uap

yang diubah menjadi cairan yang dikembalikan ke dalam kolom

fraksionasi dengan jumlah mol cairan yang dikumpulkan sebagai distilat

dalam waktu tertentu. Rasio refluks seharusnya divariasikan sesuai dengan

tingkat kesulitan pemisahan fraksionasi. Operasi pemisahan berefisiensi

tinggi memerlukan rasio refluks yang tinggi (Furniss et al. 1984).

Menurut Earle (1969), kolom distilasi berfungsi sebagai tempat

cairan mendidih dan menguap dan dari tahap di atas terjadi pengembunan

di dalam keseimbangan kadua aliran cairan mendidih dan uap yang

diperoleh. Keseimbangan massa dapat dibuat untuk keseluruhan kolom.

Oleh karena itu, kolom distilasi yang umumnya dijumpai di dalam industri

pangan dan kondisi operasinya agak rumit, hal ini disebabkan

dimasukkannya umpan dan kembalinya cairan mendidih dan uap ke dalam

kolom.

Menurut Cook dan Cullen (1987), rasio refluks adalah jumlah liter

7/25/2019 F09ssu.pdf

29/115

F. Pindah Panas

Pindah panas adalah proses yang dinamis yaitu panas dipindahkan

secara spontan dari satu bahan ke bahan lain yang lebih dingin (Earle, 1969).

Kecepatan pindah panas tergantung pada perbedaan suhu antara kedua bahan,

semakin besar perbedaan suhu antara kedua bahan, maka semakin besar

kecepatan pindah panas antara kedua bahan tersebut. Perbedaan suhu antara

sumber panas dan penerima panas merupakan gaya tarik dalam pindah panas.

Peningkatan perbedan suhu akan meningkatkan gaya tarik sehingga

meningkatkan kecepatan pindah panas.

Perpindahan panas dapat melalui tiga cara yaitu konduksi, konveksi,

dan radiasi. Konduksi adalah transfer energi dari partikel yang memiliki energi

lebih besar ke partikel yang berenergi lebih kecil yang merupakan interaksi

antara partikel-partikel (Cengel, 2003). Konduksi dapat terjadi pada benda

padat, cair, dan gas. Contoh konduksi adalah pindah panas melalui dinding

padat pada ruangan pendinginan.

Konveksi adalah cara pindah panas dengan pergerakan sekelompok

7/25/2019 F09ssu.pdf

30/115

G. Konduksi Panas Dalam Silinder

Konduksi panas yang mantap melalui pipa berisi aliran air panas,

panas secara kontinyu akan hilang keluar melalui dinding pada pipa. Arah

pindah panas melalui pipa secara normal dari dalam pipa ke permukaan pipa

dan pindah panas di dalam pipa pada arah yang lain tidak terlalu penting.

Dinding pipa yang ketebalannya sedikit lebih kecil, terpisah pada dua larutan

yang berbeda suhu, maka gradien temperatur pada arah radial akan relatif

besar. Selanjutnya, jika suhu larutan di dalam dan di luar pipa konstan, maka

pindah panas yang melalui pipa adalah tetap (steady).

Pada operasi steady, tidak ada perubahan temperatur terhadap waktu

pada beberapa titik pada pipa. Oleh karena itu, nilai pindah panas didalam

pipa harus sama dengan nilai pindah panas di luar pipa. Dalam kata lain,

pindah panas yang melalui pipa harus konstan, Qcond,cyl = konstan.

, =12

.................................................................................... (3)

7/25/2019 F09ssu.pdf

31/115

Sumber : Heat transfer a practical approach

Gambar 4. Hambatan panas pada tiga lapisan penyusun silinder

= ,1 + ,1+ ,2 + ,3+ ,2............................ (5)

7/25/2019 F09ssu.pdf

32/115

= ..................................................................................... (7)

=

...................................................................................... (8)

Dimana U adalah overall heat transfer coefficient (W/m2

.C).

7/25/2019 F09ssu.pdf

33/115

III. METODE PENELITIAN

A Waktu Dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dimulai pada bulan Maret sampai November 2008 dan

bertempat di Laboratorium Metanim Leuwikopo dan laboratorium Energi dan

Elektrifikasi Pertanian, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi

Pertanian, IPB.

B Bahan dan Alat

1. Bahan

Bahan Konstruksi : - Tabungstainless steeldiameter 6 inchi

- Tabungstainless steeldiameter 3 inchi

- Tabungstainless steel diameter 2 inchi

- Plat besi

- Pipastainless steelbeberapa ukuran

- Mur dan skrup

7/25/2019 F09ssu.pdf

34/115

d Software autocad

e

Alkoholmeter dan piknometer

f

Termometer

C Prosedur Penelitian

Penelitian ini dibagi dalam dua tahap yaitu rancang bangun alat

distilasi etanol dan pengujian alat distilasi yang telah dibuat. Diagram alir

prosedur penelitian ini meliputi : identifikasi masalah, analisis perancangan,

pembuatan alat, uji kinerja dan analisis data.

Mulai

Identifikasi Masalah

Analisis Perancangan

7/25/2019 F09ssu.pdf

35/115

1. Identifikasi Masalah

Mengidentifikasi masalah-masalah yang muncul pada penggunaan

alat distilasi etanol untuk dilakukan perbaikan atau perancangan desain

baru sesuai dengan permasalahan yang ditemui.

2. Analisis Perancangan

Analisis perancangan digunakan untuk menentukan kebutuhan

komponen-komponen yang digunakan untuk membuat alat distilasi etanol.

Analisis ini terdiri dari analisis fungsional dan analisis struktural yang

dilengkapi dengan analisis teknik. Dalam analisis fungsional dilakukan

penentuan komponen-komponen yang diperlukan untuk membuat alat

distilasi etanol dengan metode rektifikasi. Sedangkan analisis struktural

menentukan bentuk dan komponen-komponen yang sesuai dengan

besarnya kebutuhan bahan yang digunakan.

3. Pembuatan Alat Distilasi Etanol

Pembuatan alat distilasi dilakukan di Bengkel Metanium,

Laboratorium Lapang Leuwikopo, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas

7/25/2019 F09ssu.pdf

36/115

D. Rancangan Fungsional

Tabel 3. Rancangan fungsional alat distilasi etanol

No Bagian Alat Fungsi

1 Steam Boiler Sumber panas pada alat distilasi yaitu dengan

mentransfer uap panas melalui koil pemanas

2 Koil Pemanas Memanaskan bahan etanol yang akan

didistilasi sehingga bahan etanol-air dapat

dipisahkan berdasarkan perbedaan titik didih.

3 Kolom Bawah Tempat bahan etanol-air dipanaskan, bagian

ini dilengkapi termometer untuk mengecek

suhu etanol

4 Kolom Tray Menyalurkan aliran uap etanol yang cepat

untuk disalurkan ke dalam pipa pendingan

dan kondensor

5 Kondensor Penukar panas dimana sistem kerjanya

7/25/2019 F09ssu.pdf

37/115

boiler adalah kompor listrik atau kompor gas yang diletakkan dibawah

tangkisteam.

2.

Koil Pemanas

Koil pemanas berfungsi memanaskan bahan etanol yang akan didistilasi

sehingga bahan etanol-air dapat dipisahkan berdasarkan perbedaan titik

didih. Koil pemanas terbuat dari pipa tembaga dengan panjang 300 cm,

diameter 6.5 cm dan tebal 1 cm.

3. Kolom Bawah

Kolom bawah terbuat dari pipa stainless steel dengan diameter luar

15.24 cm, tebal 0.5 cm, tinggi 20 cm. Kolom bawah berfungsi sebagai

tempat memanaskan etanol yang akan didistilasi.

4.

Kolom Tray

Kolom trayterbuat dari pipastainless steeldengan diameter luar 7.62

cm, tebal 0.2 cm serta panjang 100 cm. Kolom tray dilengkapi dengan

piringan yang terbuat dari bahan plat stainless steeldengan ketebalan 0.2

cm yang disertai lubang-lubang kecil. Kolom tray berfungsi sebagai

7/25/2019 F09ssu.pdf

38/115

F. Uji Kinerja

Pengujian kinerja alat distilasi ini adalah untuk mengetahui tingkat

efisiensi alat berdasarkan tujuan penelitian. Parameter yang digunakan dalam

pengujian alat distilasi etanol dengan metode rektifikasi adalah :

1. Konsentrasi Etanol

Dalam pengujian alat digunakan bahan etanol 70% yang terdapat

dipasaran. Sebelum dilakukan distilasi, bahan etanol ini diencerken dengan

menambahkan aquades hingga diperoleh konsentrasi etanol 10% dan 30%.

Penentuan konsentrasi awal bertujuan untuk mengetahui besarnya tingkat

efisiensi dari alat ini untuk memurnikan bahan etanol.

2. Suhu

Suhu dalam proses distilasi sangat menentukan tingkat keberhasilan

dalam proses pemurnian bahan. Titik didih etanol adalah 78.5C

sedangkan titik didih air yaitu pada 100C. Dalam proses distilasi, suhu

kolom bawah harus dijaga agar tetap konstan yaitu pada titik didihnya

sehingga air dalam campuran etanol tidak ikut menguap.

7/25/2019 F09ssu.pdf

39/115

Komponen yang lebih volatil akan berkurang jumlahnya dalam residu

yang tertinggal dalam kolom, dan sebaliknya, komponen yang kurang

volatil akan meningkat konsentrasinya dalam residu. Metode ini

menggunakan sampel etanol 10% (BTR.10) dan etanol 30% (BTR.30).

2. Distilasi sistem batchdengan refluks (BR)

Distilasi sistem batch dengan refluks adalah proses distilasi dengan

memasukkan umpan ke dalam kolom bawah dan proses pemanasan secara

terus menerus. Sistem ini menambahkan pipa di atas menara kolom tray

dan mengirimkan sebagian dari kondensat kembali ke dalam kolom

sebagai refluks sehingga proses pemisahan berlangsung lebih baik.

Pengujian dengan metode ini terdiri dari dua metode yaitu batchdengan

refluks sampel etanol 10% (BR.10) dan batch dengan refluks sampel

etanol 30% (BR.30).

3. Distilasi sistem kontinyu dengan refluks (KR)

7/25/2019 F09ssu.pdf

40/115

Tabel 4. Prosedur pengujian alat distilasi etanol.

NO BTR BR KR

1.Bahan etanol yang akan didistilasi disiapkan terlebih dahulu yaitu

etanol dengan konsentrasi 10% dan 30%.

2.

Etanol sebanyak 1 liter dimasukkan ke dalam tangki pemasukan (feed

tank) kemudian katup dibuka untuk mengalirkan etanol ke dalam kolom

bawah.

3.

Air sebanyak 3 liter

dimasukkan kedalam

tabung steam boiler

kemudian steam

dipanaskan dengan

menggunakan

pamanas listrik (hot

plate) hingga

mencapai 110C


dimasukkan kedalam

tabung steam boiler

kemudian steam

dipanaskan dengan

menggunakan

pamanas listrik (hot

plate) hingga

mencapai 110C


dimasukkan kedalam

tabung steam boiler

kemudian steam

dipanaskan dengan

menggunakan kompor

gas hingga mencapai

125C.

7/25/2019 F09ssu.pdf

41/115

tidak mengalir maka

proses distilasi telah

selesai.

tidak mengalir maka

proses distilasi telah

selesai.

sudah menghasilkan

distilat dan suhu pada

kolom bawah (Tb)

telah mencapai suhu

95C maka proses

distilasi kontinyu

dimulai.

10. - -

Etanol sampel

sebanyak 2 liter

dimasukkan ke dalam

tangki pemasukan.

11. - -

Laju aliran pada feed

tank (F), refluks (R),

dan produk bawah (B)

diatur dengan

membuka masing-

7/25/2019 F09ssu.pdf

42/115

4. Pengukuran konsentrasi etanol pada produk atas dan produk bawah

Pengujian alat distilasi etanol bertujuan untuk mengetahui tingkat

keberhasilan dari alat yang sudah dirancang dengan mengetahui

konsentrasi produk atas dan produk bawah. Metode yang digunakan untuk

mengetahui konsentrasi etanol yaitu dengan menggunakan alkoholmeter

dan piknometer. Nilai akurasi alkoholmeter belum diketahui sehingga

perlu pengkalibrasian terlebih dahulu. Alkoholmeter digunakan untuk

mengetahu kadar etanol secara cepat (sebagai data awal) sedangkan

piknometer digunakan untuk mengecek kadar alkohol dengan nilai akurasi

lebih baik.

Prinsip pengukuran kedua alat ini yaitu berdasarkan densitas.

Alkoholmeter adalah alat pengukur konsentrasi alkohol paling sederhana

yaitu dengan mencelupkannya kedalam sampel kemudian membaca nilai

konsentrasi yang tertera pada alat. Pengukuran konsentrasi dengan

piknometer memiliki nilai akurasi yang lebih baik tetapi dengan prosedur

yang lebih rumit.

7/25/2019 F09ssu.pdf

43/115

=

aq ...................................................................................(10)

dimana : Vpic : Volumepiknometer(cm3)

maq : Massa aquades (gram)

aq : Massa jenis aquades (gram/cm3)

7)

Piknometer diisi dengan sampel yang akan diuji kadar alkoholnya

(produk atas dan produk bawah) kemudian ditimbang untuk

mengetahui peratpikno+sampel.

8) Berat sampel dihitung dengan persamaan 11.

mspl= mpic,splmpic,0 .....................................................................(11)

dimana : mspl : Massa sampel (gram)

mpic,spl : Massapikno+ sampel (gram)

mpic,0 : Massapikno awal (gram)

7/25/2019 F09ssu.pdf

44/115

Vaq : Volume aquades (cm3)

Vspl : Volume sample (cm3)

10) Setelah densitas bahan sampel diketahui, konsentrasi bahan sampel

dapat dicari dari tabel konsentrasi ethyl alcoholberdasarkan densitas

dan suhu lingkungan pada Lampiran 7.

5. Perhitungan energi yang terpakai per volume etanol murni

Proses pemurnian etanol dengan cara distilasi membutuhkan energi

sebagai sumber panasnya. Sumber energi yang digunakan dihitung dari

banyaknya air yang diuapkan untuk memanaskan etanol selama proses

distilasi berlangsung. Perhitungan jumlah energi yang digunakan adalah

dengan mengalikan banyaknya massa air yang hilang dikalikan dengan

nilai kalor seperti pada persamaan 13.

= (14)

7/25/2019 F09ssu.pdf

45/115

VI. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Perancangan Alat Distilasi Etanol Dengan Metode Rektifikasi

Pada penelitian ini dimulai dengan perancangan alat distilasi etanol

dengan metode rektifikasi. Bagian-bagian penting dari alat distilasi ini adalah

steam boiler, kolom bawah (bottom column), menara kolom tray, tangki

pemasukan (feed tank), kondensor, dan tabung penampung distilat. Berikut ini

adalah disain alat distilasi etanol metode rektifikasi.

6

5

4

7/25/2019 F09ssu.pdf

46/115

Tabungsteam boilerdirancang dengan ukuran diameter 15.24 cm dan

tinggi 22 cm. Bagian atas dibentuk merucut kemudian disambung dengan pipa

cabang tiga yang berfungsi sebagai tempat pemasukan air dan pipa penyaluran

uap panas ke pipa spiral di dalam kolom bawah. Bagian pipa penyalur uap

panas diberi katup untuk mengatur besar-kecilnya pengeluaran uap daristeam.

Sepanjang pipa penyalur uap diselubungi dengan bahan isolator, dengan tebal

1 cm. Pemberian isolator sehingga tidak ada panas yang keluar dari sistem.

Prinsip kerja dari steam boiler yaitu dengan memanaskan air yang

dimasukkan kedalam tabung steam dengan menggunakan kompor listrik atau

kompor gas hingga mendidih dan terbentuk uap. Uap panas yang terkumpul

kemudian disalurkan melalui pipa ke koil pemanas yang terdapat didalam

kolom bawah. Katub steamdibuka setelah suhu steammencapai 110C agar

proses pemanasan etanol berlangsung lebih cepat. Semakin besar beda suhu

antara kedua bahan maka kecepatan pindah panas semakin besar.

7/25/2019 F09ssu.pdf

47/115

kolom bawah dengan melewatkan uap panas dari steam sedangkan piringan

berlubang berfungsi sebagai trayseksistripping.

Gambar 8. Kolom bawah

7/25/2019 F09ssu.pdf

48/115

Kolom tray berfungsi sebagai unit pemisahan dengan sistem

bertingkat. Kolom traydirancang dari bahan stainless steeldengan panjang

1000 cm, diameter luar 7.62 cm dan tebal 0.2 cm. Panjang kolom traydibagi

menjadi dua bagian dan penggabungan kedua kolom menggunakan flange

yang terdiri dari 8 buah mur. Kolom yang berisi tumpukan tray terdiri dari

seksi enrichingatau rectifying dan seksistripping. Tray atauplateterbuat dari

stainless steeldengan diameter 7.4 cm dengan satu lubang besar dan beberapa

lubang kecil. Traydalam kolom ini berjumlah 10 buah dengan jarak tiap tray

adalah 10 cm. Bagian kolom sendiri dirancang dari bahan stainless steel

dengan diameter luar 7.62 cm, tebal 0.1 cm, dan tinggi 100 cm.

7/25/2019 F09ssu.pdf

49/115

Gambar 12. Tangki pemasukan

Kondensor berfungsi sebagai penukar panas yang akan

mengkondensasi uap etanol. Jenis kondensor yang digunakan yaitu jenis

tabung dan pipa (shell and tube). Kondensor yang dirancang adalah untuk

mengkondensasi etanol secara total (kondensasi total) sehingga produk akhir

adalah etanol dalam bentuk cair seluruhnya. Kondensor ini terdiri dari dua

7/25/2019 F09ssu.pdf

50/115

Gambar 13. Kondensor

Hasil distilasi ditampung dalam pipa penampung distilat yang

dirancang dari pipastainless steeldengan diameter 5 cm dan panjang 10 cm.

Pada pipa penampung ini dibuat dua percabangan yang berfungsi sebagai

pembagi distilat. Percabangan pertama berfungsi sebagai saluran refluks

sedangkan percabangan kedua sebagai saluran hasil atas (etanol murni). Pipa

7/25/2019 F09ssu.pdf

51/115

Gambar 15. Selang refluks

B. Pengujian Alat Distilasi Etanol

Pengujian alat bertujuan untuk mengetahui kinerja alat distilasi etanol

yang telah dirancang. Setelah itu, data yang diperoleh dianalisis untuk

mengetahui tingkat keberhasilan kinerja alat tersebut. Pengujian alat dimulai

dengan pengujian pendahuluan yaitu dengan menguji distilator dengan sampel

etanol 30%. Hasil pengujian diperoleh bahwa alat distilasi etanol belum

7/25/2019 F09ssu.pdf

52/115

dilakukan yaitu dengan memperbaiki alat dengan memberikan isolator pada

seluruh dinding alat distilasi sehingga menghalangi terjadinya kehilangan

panas. Isolator yang digunakan adalah almaflex dengan tebal 1cm.

Penggunaan isolator mampu mencegah terjadinya kehilangan panas dari

dalam kolom ke lingkungan sehingga uap etanol dapat menguap naik sampai

pada puncak menara dan masuk ke kondensor untuk dikondensasi.

Pengujian alat distilasi etanol menggunakan tiga metode dan dua

sampel dengan konsentrasi yang berbeda. Tiga metode yang digunakan yaitu

sistem batch tanpa refluks (BTR), sistem batch dengan refluks (BR), dan

sistem kontinyu dengan refluks (KR). Konsentrasi yang digunakan dalam

setiap metode yaitu dengan konsentrasi etanol 10% dan 30%.

1. Distilasi sistem batchtanpa refluks (BTR)

Pengujian dengan sistem ini yaitu dengan memasukkan etanol ke

dalam kolom bawah sebanyak satu liter. Setelah itu dipanaskan dengan

membuka katup steam. Pemanasan dilakukan secara terus menerus

7/25/2019 F09ssu.pdf

53/115

sering digunakan untuk pemurnian bahan campuran dengan perbedaan

titik didih yang cukup besar karena pemisahannya relatif lebih mudah.

Pengujian pertama yaitu dengan metode distilasi sistem batch

tanpa refluks dengan sampel etanol 10% (BTR.10). Berikut ini grafik

perubahan suhu titik-titik yang diamati selama proses distilasi.

0

20

40

60

80

100

120

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135

Suhu(C)

Waktu (menit)

Suhu steam (Ts) Suhu keluar steam (Tsc)

Suhu kolom bawah (Tb) Suhu menara (Tm)

Suhu air masuk kondensor (Tci) Suhu air keluar kondensor (Tco)

7/25/2019 F09ssu.pdf

54/115

semakin kecilnya konsentrasi etanol dalam kolom bawah. Pada pengujian

ini, suhu Tb meningkat hingga mencapai 95C yaitu setelah 135 menit. Hal

ini menunjukkan bahwa konsentrasi etanol dalam kolom bawah sudah

sangat kecil sekitar 6% (v/v).

Suhu Tsc adalah suhu uapsteamyang keluar setelah melewati pipa

spiral tembaga. Dari grafik dapat diketahui bahwa perubahan suhu Tsc

terjadi perubahan yang fluktuatif dimana terjadi kenaikan suhu dan

penurunan suhu. Perubahan suhu yang fluktuatif disebabkan uap air yang

keluar dari pipa berupa tetesan air terkondensasi. Setelah pemanasan

selama 105 menit, suhu pada Tsc stabil pada 87C dan uap yang keluar

sudah dalam bentuk uap panas.

Suhu Tm adalah suhu pada puncak menara kolom tray. Dari grafik

diketahui bahwa pada 45 menit pertama suhu Tmadalah 29C dan belum

terjadi kenaikan. Kenaikan suhu terjadi setelah 60 menit menjadi 65C.

Kenaikan suhu pada titik ini menunjukkan bahwa aliran uap etanol sudah

mencapai puncak menara. Selanjutnya aliran uap etanol akan

7/25/2019 F09ssu.pdf

55/115

dapat diketahui jumlah volume yang dihasilkan setiap 15 menit.

Penambahan volume distilat pada metode sistem batch tanpa refluks

dengan sampel etanol 10% dapat dilihat seperti pada grafik dibawah ini.

Gambar 17. Penambahan volume distilat metode BTR.10

05

10

15

20

25

30

35

4045

50

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135

volume(ml)

Waktu (menit)

Distilat

7/25/2019 F09ssu.pdf

56/115

Gambar 18. Perubahan suhu terhadap waktu pada metode BTR.30.

Pada pengujian metode BTR.30 suhu Ts awal adalah 110C,

setelah katup dibuka terjadi penurunan suhu menjadi 100C dan stabil

pada suhu tersebut. Perubahan suhu Tsc sampai pada menit ke-90 terjadi

fluktuatif tetapi pada menit berikutnya terjadi kenaikan sampai pada suhu

0

20

40

60

80

100

120

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165

Suhu(C)

Waktu (menit)



Suhu air masuk kondensor (Tci) Suhu keluar kondensor (Tco)

7/25/2019 F09ssu.pdf

57/115

produk atas (etanol) dan produk bawah (air) yang masing-masing memiliki

konsentrasi tinggi. Konsentrasi alkohol pada produk bawah semakin lama

akan semakin menurun karena terdistilasinya komponen yang lebih volatil.

Suhu Tci dan Tco adalah suhu air yang masuk dan keluar dari

kondensor dimana Tco lebih besar dari pada Tci. Perbedaan ini terjadi

karena adanya pindah panas dari uap etanol ke air yang melewati pipa

kondensor sehingga terjadi proses kondensasi.

Penambahan volume distilat pada metode sistem batch tanpa

refluks dengan sampel etanol 30% dapat dilihat seperti pada grafik

dibawah ini.

150

200

250

300

ume(ml)

Distilat

7/25/2019 F09ssu.pdf

58/115

2. Distilasi Sistem BatchDengan Refluks (BR)

Pengujian dengan metode ini secara umum prinsipnya sama

dengan metode batch tanpa refluks. Perbedaanya hanyalah pada sistem

refluks yaitu mengembalikan sebagian hasil atas kembali ke kolom tray.

Pengujian dengan metode ini menggunakan sampel etanol 10% dan 30%.

Berikut ini grafik Perubahan suhu terhadap waktu pada alat distilator.

0

20

40

60

80

100

120

140

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

Suhu(C)




7/25/2019 F09ssu.pdf

59/115

suhu Tm menjadi 65C dan tetap pada suhu tersebut sampai proses distilasi

dihentikan.

Metode batchdengan refluks mempengaruhi suhu pada Tm. Sistem

refluks menyebabkan suhu di menara kolom tray menjadi stabil yaitu pada

suhu 65C. Etanol yang mengalir ke dalam kolom tray diperlukan untuk

berinterkasi dengan uap yang mengalir ke atas. Tanpa refluks tidak akan

ada rekifikasi yang berlangsung pada seksi rektifikasi dan konsentrasi

hasil atas tidak akan lebih besar dari konsentrasi uap yang mengalir naik

dari piring umpan. Campuran etanol-air adalah bahan azeotrop, sehingga

pemurnian dengan sistem ini hanya dapat memurnikan etanol sampai titik

azeotropnya.

Suhu Tci dan Tco adalah suhu air yang masuk dan keluar dari

kondensor. Didalam kondensor terjadi perpindahan panas dari uap etanol

ke air yang mengalir sehingga uap etanol terkondensasi. Suhu Tco lebih

besar dari pada suhu Tci. Ketika air mengalir keluar dari kondensor terjadi

perpindahan panas dari etanol ke air. Suhu air keluar lebih tinggi dari pada

7/25/2019 F09ssu.pdf

60/115

Dari grafik diatas dapat diketahui bahwa laju distilasi pada metode ini

mengalami penurunan hingga berhenti. Hal ini disebabkan sistem distilasi metode

batch bahan yang didistilasi dimasukkan dalam kolom dan dipanaskan terus

menerus sampai etanol hampir seluruhnya menguap. Volume distilat pada

pengujian ini adalah 24.5 ml dengan waktu operasi 180 menit. Distilat mulai

mengalir pada menit ke-90. Pada awal-awal pengujian, laju distilasi sangat cepat

kemudian laju distilasi turun sampai akhirnya berhenti pada menit ke-165.

Pengujian metode distilasi sistem batchdengan refluks pada sampel etanol

30% didapatkan grafik sebagai berikut:

60

80

100

120

hu(C)




7/25/2019 F09ssu.pdf

61/115

energi steam yang dialirkan melalui pipa spiral didalam kolom bawah

tidak dimanfaatkan untuk memanaskan etanol.

Kenaikan suhu Tb terjadi sangat cepat pada 45 menit pertama. Pada

menit berikutnya kenaikan mulai konstan dengan kenaikan rata-rata

0.63C. Pada menit ke-405, suhu Tb mencapai 94C dan tidak terjadi

kenaikan lagi sampai menit ke 450. Suhu awal Tmadalah 28C kenaikan

suhu dimulai pada menit ke-75 yaitu 29C dan pada menit ke 90 terjadi

kenaikan yang besar menjadi 64C. Pada menit ke 105 dan seterusnya

suhu Tm stabil yaitu pada suhu 65C. Pengujian dengan metode refluks

menyebabkan suhu Tm stabil.

Suhu Tci dan Tco memiliki kenaikan suhu yang hampir sama

dimana suhu Tcolebih besar dari pada suhu Tci. Pada menit ke-390 suhu

Tci lebih besar dari pada suhu Tco. Berdasarkan teori perpindahan panas,

suhu Tco lebih besar dari pada suhu Tci karena ketika air melewati

kondensor, air akan menyerap panas dari etanol sehingga terjadi

kondensasi. Tetapi pada pengujian ini didapatkan suhu T ci lebih besar dari

7/25/2019 F09ssu.pdf

62/115

Dari grafik diatas dapat diketahui bahwa distilat mulai mengalir

setelah menit ke-90. Laju distilasi pada awal pengujian cukup cepat

kemudian diakhir pengujian laju distilasi mulai menurun dan akhirnya

berhenti yaitu pada menit ke-405. Setelah laju distilasi berhenti maka

proses distilasi sistem batch juga dihentikan. Kurve penambahan volume

pada metode batch akan membentuk kurva melengkung dimana terjadi

kenaikan kemudian dilajutkan dengan penurunan dan akhirnya berhenti.

Ketika bentuk grafik mendatar artinya tidak ada penambahan

volume distilat meskipun proses dilanjutkan. Hal ini disebabkan

kandungan etanol dalam kolom bawah sangat kecil dan tidak cukup untuk

naik sampai pada distilator. Uap etanol yang naik ke atas menara kolom

tray mengalami kondensasi sebelum sampai puncak karena suhu kolom

semakin turun dengan semakin tingginya kolom tray.

3. Distilasi Sistem Kontinyu Dengan Refluks (KR)

Pengujian distilasi kontinyu dengan refluks menggunakan dua

7/25/2019 F09ssu.pdf

63/115

Pemanasan steam menggunakan kompor gas bertujuan untuk

meningkatkan jumlah energi steam sebagai sumber pemanas. Steam

dipanaskan sampai suhu 123C kemudian katup dibuka untuk mengalirkan

uap panas ke pipa spiral yang akan memanaskan etanol didalam kolom

bawah. Ketika katup dibuka, suhu steammenurun hingga mencapai suhu

101.5C.

Penggunaan kompor gas sebagai sumber pemanas steam mampu

meningkatkan suhusteamdiatas titik didih air meskipun katup dibuka. Hal

ini disebabkan energi panas kompor gas lebih besar dari pada

menggunakan hot plate. Kenaikan suhu Tsc terjadi 30 menit pertama

kemudian konstan pada suhu 88C pada menit berikutnya. Sistem

kontinyu dimulai pada menit ke-30 dimana suhu Tb mencapai 88C.

Pengujian ini menggunakan F = 15 ml/menit, B = 11 ml/menit dan R =

1.8. Dengan memasukkan umpan secara kontinyu menyebabkan suhu Tsc

menjadi konstan pada 88C. Kondisi ini disebabkan konsentrasi di dalam

kolom bawahcenderung tetap. Suhu Tbmengalami kenaikan yang cukup

7/25/2019 F09ssu.pdf

64/115

Berikut ini grafik penambahan volume distilat pada metode

distilasi kontinyu dengan sampel etanol 10%.

Gambar 25. Penambahan volume distilat pada metode KR.10

Penambahan volume distilat pada metode KR.10 menunjukkan

penambahan yang relatif tetap Pada menit ke 15 sudah menghasilkan

0

50

100

150

200

250

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240

Volume(ml)

Waktu (menit)

Distilat

7/25/2019 F09ssu.pdf

65/115

Gambar 26. Perubahan suhu terhadap waktu pada metode KR.30

Suhu Ts awal adalah 125C dan setelah katup dibuka untuk

mengalirkan uap melui pipa spiral maka suhu menurun hingga mencapai

0

20

40

6080

100

120

140

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240

Suhu(C)

Waktu (menit)




7/25/2019 F09ssu.pdf

66/115

sedangkan Tm terjadi penurunan. Setelah dilakukan perbaikan dengan laju

umpan masuk (F) sebesar 15 ml/menit, suhu Tm naik kembali menjadi

69C dan konstan pada suhu 70C. Setelah 240 menit suhu Tm menurun

kembali menjadi 69C. Hal ini karena bahan umpan dalam tangki

pemasukan sudah habis dan proses distilasi sistem kontinyu selesai.

Suhu Tci dan Tco terjadi kenaikan yang hampir sama dengan

pengujian-pengujian sebelumnya. Suhu Tco relatif lebih besar dari pada

Tci. Hal ini disebabkan selama air melewati kondensor terjadi perpindahan

panas dari uap etanol ke air yang mengalir melewati kondensor. Proses ini

disebut kondensasi.

Grafik perubahan volume distilat pada metode KR.30 yaitu metode

kontinyu dengan sampel etanol 30%.

250

300

350

400

ml)

Distilat

7/25/2019 F09ssu.pdf

67/115

terjadi adalah berhentinya aliran umpan masuk karena katup pada pipa

tangki pemasukantersumbat. Karena tidak ada umpan etanol yang masuk

maka produk atas juga tidak bertambah. Setelah diperbaiki dengan F = 15

ml/menit, volume distilat kembali bertambah. Jumlah distilat yang

dihasilkan dari pengujian ini adalah sebanyak 355 ml.

C.

Perbandingan Perubahan Suhu Dan Volume Distilat Pada Tiga Metode

Pengujian

1. Pengujian dengan sampel etanol 10%

Pengujian yang pertama adalah dengan sampel etanol 10%

didapatkan data perubahan suhu terhadap waktu pada titik-titik alat

distilator. Perbandingan data suhu Tspada pengujian dengan tiga metode

yang berbeda didapatkan grafik sebagai berikut:

130

140

Suhu steam (Ts) metode BTR 10

Suhu steam (Ts) metode BR.10

7/25/2019 F09ssu.pdf

68/115

Perbandingan suhu Tsc pada pengujian dengan tiga metode yang

berbeda didapatkan grafik sebagai berikut:

Gambar 29. Perbandingan perubahan suhu Tscsampel etanol 10%

Pengujian dengan metode BTR didapatkan data suhu yang

fluktuatif tetapi diakhir pengujian suhu cenderung meningkat. Pada

0

20

40

60

80

100

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240

Suhu(C)

Waktu (menit)

Suhu keluar steam (Tsc) metode BTR.10

Suhu keluar steam (Tsc) metode BR.10

Suhu keluar steam (Tsc) metode KR.10

7/25/2019 F09ssu.pdf

69/115

Metode BTR dan BR didapatkan data perubahan suhu Tb yang

relatif sama. Kedua metode tersebut menggunakan sumber energi yang

sama yaitu hot plate. Sedangkan pada metode KR didapatkan data suhu Tb

yang berbeda dari dua metode yang lain. Ketika katup steamdibuka, suhu

Tbnaik dengan cepat. Suhu Tssebelum dibuka mencapai 123C dan ketika

katup dibuka, terjadi transfer energi yang cukup besar dari uap steam ke

etanol dalam kolom bawah.

Perbandingan perubahan suhu Tm pada pengujian distilasi etanol

dengan tiga metode yang berbeda didapatkan grafik sebagai berikut:

40

50

60

70

80

Suhu(C)

Suhu menara (Tm) metode BTR.10

Suhu menara (Tm) metode BR.10

Suhu menara (Tm) metode KR.10

7/25/2019 F09ssu.pdf

70/115

pemanas dan suhu awal daristeam. Kompor gas sebagai sumber pemanas

mempengaruhi kecepatan kenaikan suhu pada Tm.

Perbandingan volume distilasi pada tiga metode pengujian dengan

sampel etanol 10% seperti dibawah ini.

Gambar 32. Perbandingan volume distilat pada sampel etanol 10%

0

50

100

150

200

250

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240

Volume(ml)

Waktu (menit)

Distilat metode BTR.10 Distilat metode BR.10

Distilat metode KR.10

7/25/2019 F09ssu.pdf

71/115

Gambar 33. Perbandingan perubahan suhu Ts sampel etanol 30%

Perubahan suhu dari ketiga metode didapatkan bentuk grafik yang

sama yaitu terjadi penurunan suhu ketika katup steamdibuka. Penurunan

ini disebabkan terjadi penurunan tekanan didalam tabung steam boiler.

Metode KR dengan sumber pemanas dari kompor gas dapat

8090

100

110

120

130

140

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450

Suhu(C)

Waktu (menit)

Suhu steam (Ts) metode BTR.30 Suhu steam (Ts) metode BR.30

Suhu steam (Ts) metode KR.30

7/25/2019 F09ssu.pdf

72/115

Pengukuran suhu pada Tsc bertujuan untuk mengetahui besarnya

energi yang digunakan untuk proses pemanasan etanol di dalam kolom

bawah. Suhu Tscpada pengujian dengan metode BTR dan BR mengalami

kenaikan secara perlahan-lahan. Berbeda dengan pengujian distilasi

metode KR yang mengalami kenaikan suhu Tsc sangat cepat hingga

mencapai suhu 88C.

Perbandingan suhu Tb pada pengujian dengan metode yang

berbeda menghasilkan grafik sebagai berikut:

20

40

60

80

100

120

Suhu(C)

Suhu kolom bawah (Tb) metode BTR.30 Suhu kolom bawah (Tb) metode BR.30

Suhu kolom bawah (Tb) metode KR.30

7/25/2019 F09ssu.pdf

73/115

pemanasan yang lebih cepat dibandingkan dengan metode BTR dan BR.

Hal ini disebabkan suhu Tb awal pada metode KR.30 lebih besar yaitu

57C.

Perbandingan suhu Tm yaitu suhu pada menara kolom traydengan

metode yang berbeda didapatkan grafik seperti dibawah ini.

Gambar 36. Perbandingan perubahan suhu Tm sampel etanol 30%

20

30

40

50

60

70

80

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450

Suhu(C)

Waktu (menit)

Suhu menara (Tm) metode BTR.30 Suhu menara (Tm) metode BR.30

suhu menara (Tm) metode KR.30

7/25/2019 F09ssu.pdf

74/115

Perbandingan pertambahan volume distilasi pada pengujian dengan

metode yang berbeda didapatkan grafik sebagai berikut:

Gambar 37. Perbandingan volume distilat pada sampel etanol 30%

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450

Suhu(C)

Waktu (menit)

Distilat metode BTR.30 Distilat metode BR.30 Distilat metode KR.30

7/25/2019 F09ssu.pdf

75/115

D. Konsentrasi Hasil Pengujian

Berikut ini data konsentrasi alkohol produk atas (etanol) pada pengujian

distilasi dengan tiga metode yang berbeda.

Gambar 38. Konsentrasi distilat (top product) pada distilasi etanol

88.77

92.5

88.58

97.6

94.84

92.5

84

86

88

90

92

94

9698

100

10% 30%

Kemurnian(%v/v)

Konsentrasi Etanol Sampel (% v/v)

BTR BR KR

7/25/2019 F09ssu.pdf

76/115

Selang refluks yang digunakan memiliki ukuran diameter 0.8 cm dan

panjang 20 cm. Agar sistem refluks dapat beroperasi maka volume yang

dihasilkan harus mencukupi volume selang refluks yang berbentuk

melengkung. Volume selang adalah 40.192 ml dan agar sistem refluks terjadi

maka volume distilat harus melebihi volume selang. Sebelum pengujian,

selang refluks harus sudah terisi etanol agar proses refluks langsung berjalan

ketika dihasilkan distilat.

Prinsip neraca massa adalah F = D + B, jika konsentrasi bahan umpan

10% (v/v) dan produk bawah adalah 6.47% maka etanol sebagai produk atas

adalah 3.53% dari volume total artinya hanya 35.3 ml etanol murni. Pada

pengujian volume distilat yang dihasilkan adalah 24.5 ml dan sebagian masuk

ke selang refluks. Penggunaan refluks ternyata belum berpengaruh nyataterhadap peningkatan konsentrasi distilat. Karena etanol yang

diumpanbalikkan ke kolom sangat sedikit, maka pengayaan etanol tidak

terlalu besar.

Berbeda dengan pengujian metode KR.10, hasil distilat yang diperoleh

7/25/2019 F09ssu.pdf

77/115

kadar alkohol pada produk atas dan produk bawah adalah untuk mengetahui

tingkat efisiensi pada alat distilasi yang telah dirancang.

Berikut ini data konsentrasi produk bawah pada metode batch tanpa

refluks dan dengan refluks.

Gambar 39. Konsentrasi produk bawah (bottom product) pada distilasi etanol

4.61

6.476.47

8.09

2 2

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10% 30%

Kemurnian(%v/v)

Konsentrasi Etanol Sampel (% v/v)

BTR BR KR

7/25/2019 F09ssu.pdf

78/115

kandungan etanol seluruhnya menguap dan hanya air yang terkandung dalam

kolom bawah. Pada pengujian sistem batch suhu Tb hanya mampu mencapai

suhu 95C sedangkan sistem kontinyu lebih tinggi yaitu mencapai 97C

sehingga sistem kontiyu memiliki produk bawah dengan konsentrasi alkohol

paling rendah.

Diagram titik didih etanol-air adalah diagram yang menunjukkan suhu titik

didih campuran etanol-air pada tingkat konsentrasi yang berbeda. Diagramtitik didih etanol-air seperti ditunjukkan pada gambar 3. Data-data hasil

pengujian diplotkan pada diagram ini kemudian dibandingkan titik didih

etanol dengan konsentrasi produk atas dan produk bawah hasil pengujian.

Hasil data pengujian yaitu data suhu pada kolom bawah dan suhu pada

puncak menara kolom traydiplotkan ke diagram titik didih etanol-air sepertipada lampiran 3, 6, dan 9. Metode batch memiliki komposisi dan suhu

distilasi yang selalu berubah seiring dengan terdistilasinya komponen yang

lebih volatil (mudah menguap). Berdasarkan diagram kesetimbangan titik

didih etanol-air, etanol 10% memiliki titik didih 93C sedangkan titik didih

7/25/2019 F09ssu.pdf

79/115

suhu pada menara ketika konsentrasi etanol berada pada titik azeotropnya

adalah 78C. Pada pengujian ini, suhu menara tidak dapat mencapai suhu

tersebut karena adanya kehilangan panas disepanjang kolom tray.

Kehilangan panas dapat disebabkan oleh beberapa faktor seperti isolator

dan panjang kolom. Isolator berfungsi untuk mencegah terjadinya pindah

panas dari dalam kolom ke lingkungan. Semakin tebal isolator maka heat loss

semakin kecil karena pindah panas dapat dicegah lebih optimal. Faktor keduaadalah panjang kolom. Semakin panjang suatu kolom distilasi maka suhu akan

semakin rendah tetapi konsentrasi akan semakin tinggi. Hal ini disebabkan

adanya kontak uap etanol dengan air yang terkondensasi. Oleh karena arus zat

cair berada pada titik gelembungnya, sedangkan arus uap berada pada titik

embunnya, maka kalor yang diperlukan untuk menguapkan komponen etanolharus didapatkan dari kalor yang dibebaskan pada waktu kondensasi

komponen air. Pada kolom tray, setiap piringan dalam kaskade berfungsi

sebagai peranti pertukaran dimana komponen etanol berpindah ke arus uap

dan komponen air ke arus zat cair. Karena konsentrasi etanol didalam zat cair

7/25/2019 F09ssu.pdf

80/115

4Massa air yang

terpakai (kg) 0.849 0.992 0.963 2.16 3.25 3

5 Ts (C) 101 100.83 101.15 100.32 103.06 103.18

6 hg(kJ/m3) 2677.64 2677.38 2677.87 2676.59 2680.81 2681

7 Tsc (C) 64.67 57.5 67.33 65.8 86.72 86.5

8 hf (kJ/m3) 270.68 240.68 281.81 275.41 363.13 362.21

9 hfg (kJ/m3) 2406.96 2436.7 2396.06 2401.18 2317.68 2318.79

10Energi yang

terpakai (kJ) 2043.509 2417.206 2307.406 5186.549 7532.46 6956.37

11Volume etanol

sampel (ml) 1000 1000 1000 1000 3000 2500

12Volume distilat

(ml) 47 154.5 24.5 229 213 355

13Konsentrasi distilat

(%) 88.77 92.5 88.58 97.6 94.84 92.5

14 Volume etanolmurni (ml) 41.72 142.92 21.7021 223.5 202.01 328.38

15

Energi per volume

etanol murni

(kJ/ml) 48.98 16.91 106.33 23.21 37.29 21.18

7/25/2019 F09ssu.pdf

81/115

Dari grafik diatas dapat diketahu bahwa penggunaan energi terbesar

yaitu pada pengujian distilasi dengan metode BR.10 yaitu sebesar 106.33

kJ/ml sedangkan energi terkecil yaitu sistem BTR.30 yaitu sebesar 16.91

kJ/ml. Secara umum, penggunaan energi dalam distilasi per ml volume etanol

murni pada sampel etanol 10% lebih besar dibandingkan dengan sampel

etanol 30%. Sampel etanol 30% membutuhkan energi lebih kecil karena

volume distilat yang dihasilkan lebih banyak sehingga jumlah energi tiap mletanol distilat yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan sampel etanol 10%.

Dari dua pengujian dengan sampel berbeda, metode BTR lebih efisien

dalam penggunaan energi dibandingkan dengan metode BR. Hal ini

disebabkan dengan pemberian aliran refluks proses distilasi berlangsung lebih

lama. Metode KR yaitu distilasi kontinyu membutuhkan energi yang relatiflebih efisien dibandingkan dengan metode BR. Metode kontinyu akan lebih

efisien untuk kapasitas yang lebih besar karena setiap prosesnya tidak

dilakukan secara berulang-ulang. Tetapi pada pengujian dengan sampel etanol

30% metode KR membutuhkan energi lebih besar dibandingkan dengan

7/25/2019 F09ssu.pdf

82/115

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

1. Alat distilasi yang dirancang terdiri dari enam bagian utama, yaitu steam

boiler, kolom bawah, kolom tray, tangki pemasukan, kondensor, dan pipa

penampung distilat yang dilengkapi dengan pembagi distilat.

2.

Pengujian dengan metode refluks menghasilkan distilat dengankonsentrasi lebih tinggi dibandingkan dengan distilasi tanpa refluks yaitu

pada metode KR.10 sebesar 94.84% dan metode BR.30 sebesar 97.6%.

3. Pemurnian etanol dengan metode pertama yaitu BTR.10 dan BTR.30

membutuhkan energi sebesar 2043.509 kJ dan 2417.206 kJ untuk

memurnikan satu liter etanol. Metode kedua yaitu BR.10 dan BR.30membutuhkan energi sebesar 2307.406 kJ dan 5186.549 kJ. Sedangkan

metode ketiga yaitu KR.10 dan KR.30 membutuhkan energi sebesar

7532.46 kJ dan 6956.37 kJ.

4. Metode BR membutuhkan energi yang lebih besar dibandingkan dengan

7/25/2019 F09ssu.pdf

83/115

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2008. Terdapat pada www.ristek.go.id. Diakses pada 15 Desember

2008.

Cengel, Yunus A and Michael A. Boles. 2002. Thermodynamics An Engineering

Approach.4th ed. McGraw-Hill, New York

Cengel, Yunus A. 2003. Heat Transfer : A Practical Approach. 2rd ed. McGraw-Hill, New York

Cook, T.M dan D.J. Cullen. 1987. Industri Kimia Operasi Aspek-Aspek

Keamanan dan Kesehata.

Terjemahan. PT. Gramedia, Jakarta.

Coulsin, J.M and J.F. Richardson. Chemical Engineering. Pergamon Press, New

York

Doherty, M.F. dan M.F Malone. 2001. Conceptual Desain of Distilation System.

McGraw-Hill, New York.

Earle, R.L. 1969. Satuan Operasi Dalam Pengolahan Pangan. Ir. Zein Nasution,

Penerjemah. Sastra Hudaya.
http://www.ristek.go.id/http://www.ristek.go.id/

7/25/2019 F09ssu.pdf

84/115

Kent, J.A. 1992. Riefels Handbook of Industrial Chemistry. Ninth Edition. Van

nostrand Reinhold, New York.

Kirk, B.E dan D.F Othmer. 1985. Encyclopedia of Chemical Technology. Vol 1

dan 2. The Interscience Encyclopedia Inc., New York.

Nurdyastuti, Indyah. 2008 Terdapat pada www.geocities.com/markal_bppt.

diakses pada 27 Maret 2008.

Paturau, J.M. 1982. By Product of Cane Sugar Industry. Elsevier ScientificPublishing Co., Amsterdam.

Prave, P., U. Faust, W. Sittig, dan D.A Sukatsch. 1987. Fundamental of

Biotechnology. VCH Publisher, Wienheim, Germany.

Prihandana, Rama dkk. 2007. Bioetanol Ubi Kayu Bahan Bakar Masa Depan.

Gromedia, Jakarta.

Purwanto, A. 1995. Di dalam Yoder et al. 1980. Kajian Awal Pemisahan

Campuran Aseton-Butanol-Etanol Hasil Fermentasi dengan Distilasi

sederhana dan dengan Pendekatan Model Isotherm Flash. Skripsi. Fateta,

IPB, Bogor

Purwono, Suryo dkk. 2005. Pengantar Operasi Stage Seimbang. Gajah Mada
http://www.geocities.com/markal_bppthttp://www.geocities.com/markal_bppt

7/25/2019 F09ssu.pdf

85/115

7/25/2019 F09ssu.pdf

86/115

Lampiran 1. Data pengujian metode BTR.10

Data Steam

Volume air awal : 3000 ml

Volume air akhir : 2151 ml

Volume air kondensasi : 685 ml

Data Etanol

Volume awal : 1000 ml

Konsentrasi awal : 10%

Volume distilat : 47 ml

Konsentrasi distilat : 88.77%Volumebottom : 920 ml

Konsentrasi bottom : 4.61%

Waktu Ts(C) Tsc(C) Tb(C) Tm(C) Tci(C) Tco(C) D (ml) R F B

0 110 - 29.5 28 27.5 27.5 -

7/25/2019 F09ssu.pdf

87/115

Lampiran 2. Data pengujian metode BTR.30

Data Steam




Data Etanol



Volume distilat : 154.5 ml




0 110 - 29 5 28 28 28 0

7/25/2019 F09ssu.pdf

88/115

Lampiran 3. Plot data pengujian BTR.10 dan BTR.30 ke diagram titik didih

etanol-air

BTR.10

7/25/2019 F09ssu.pdf

89/115

Lampiran 4. Data pengujian metode BR.10

Data Steam




Data Etanol



Volume distilat : 24.5 mlKonsentrasi distilat : 88.58%

Volumebottom : 940 ml


Waktu T (C) T (C) Tb(C) T (C) T i(C) T (C) D (ml) R F B

7/25/2019 F09ssu.pdf

90/115

Lampiran 5. Data pengujian metode BR.30

Data Steam




Data Etanol







0 110 - 28 28 28 28 - 1 8

7/25/2019 F09ssu.pdf

91/115

Lampiran 5. (lanjutan)

330 100 70 91.2 65 34 33.5 194.5 1.8

345 100 69 92 65 34 34 205 1.8

360 100 69 92.5 65 34 34 211 1.8

375 100 68 93 65 33.5 33.5 219 1.8

390 100 78 93.5 65 34 33.8 225 1.8

405 100 82 94 65 34 33.5 229 1.8

420 100 83 94 65 34 33.5 229 1.8

435 100 82.5 94 65 34 33 229 1.8

450 100 82 94 65 34 33 229 1.8

7/25/2019 F09ssu.pdf

92/115

Lampiran 6. Plot data pengujian BR.10 dan BR.30 ke diagram titik didih

etanol-air

BR.10

7/25/2019 F09ssu.pdf

93/115

Lampiran 7. Data pengujian metode KR.10

Data Steam




Data Etanol





Konsentrasi bottom : 2%

Time Ts(C) Tsc(C) Tb(C) Tm(C) Tci(C) Tco(C) D (ml) RF

(ml/15menit) B

(ml/15menit) Keterangan

7/25/2019 F09ssu.pdf

94/115

Lampiran 8. Data pengujian metode KR.30

Data Steam




Data Etanol

Volume awal : 1000 ml dan 1500 ml

Konsentrasi awal : 10% dan 30%


Konsentrasi distilat : 92.5%Volumebottom : - ml

Konsentrasi bottom : 2%

Time Ts(C) Tsc(C) Tb(C) Tm(C) Tci(C) Tco(C)D

(ml) RF

(ml/15menit) B

(ml/15menit) Keterangan

7/25/2019 F09ssu.pdf

95/115

Lampiran 9. Plot data pengujian KR.10 dan KR.30 ke diagram titik didih

etanol-air

KR.1

7/25/2019 F09ssu.pdf

96/115

Lampiran 10. Tabel densitas etanol pada suhu dan konsentrasi yang berbeda

% 10C 15C 20C 25C 30C 35C 40C

0 0.99973 0.99913 0.99823 0.99708 0.99568 0.99406 0.99225

1 785 725 636 520 379 217 34

2 602 542 453 336 194 31 0.98846

3 426 365 275 157 14 0.98849 6634 258 195 103 0.98984 0.98839 672 485

5 98 32 0.98938 817 670 501 311

6 0.98946 0.98877 780 656 507 335 142

7 801 729 627 500 347 172 0.97975

8 660 584 478 346 189 9 808

9 524 442 331 193 31 0.97846 641

10 393 304 187 43 0.97875 685 475

11 267 171 47 0.97897 723 527 312

12 145 41 0.9791 753 573 371 150

13 26 0.97914 775 611 424 216 0.96989

14 0 97911 790 643 472 278 63 829

7/25/2019 F09ssu.pdf

97/115


32 665 357 38 709 370 21 662

33 502 186 0.9486 525 180 0.93825 461

34 334 11 679 337 0.93986 626 257

35 162 0.94832 494 146 790 425 51

36 0.94986 650 306 0.93952 591 221 0.92843

37 805 464 114 756 390 16 634

38 620 273 0.93919 556 186 0.92808 422

39 431 79 720 353 0.92979 597 208

40 238 0.93882 518 148 770 385 0.91992

41 42 682 314 0.9294 558 170 774

42 0.93842 478 107 729 344 0.91952 55443 639 271 0.92897 516 128 733 332

44 433 62 685 301 0.9191 513 108

45 226 0.92852 472 0.85 692 291 0.90884

46 17 640 257 0.91868 472 69 660

47 0.92806 426 41 649 250 0.90845 434

7/25/2019 F09ssu.pdf

98/115


65 0.88774 364 0.87948 527 100 667 227

66 541 130 713 291 0.86863 429 0.85987

67 308 0.87895 477 54 625 190 747

68 74 660 241 0.86817 387 0.8595 407

69 0.87839 424 4 579 148 710 266

70 602 187 0.86766 340 0.85908 470 25

71 365 0.86949 527 100 667 228 0.84783

72 127 710 287 0.85859 426 0.84986 540

73 0.86888 470 47 618 184 743 297

74 648 229 0.85806 376 0.84941 500 53

75 408 0.85988 564 134 698 257 0.8380976 168 747 322 0.84891 455 13 564

77 0.85927 505 79 647 211 0.83768 319

78 685 262 0.84835 403 0.83966 523 74

79 442 18 590 158 720 277 0.82827

80 197 0.84772 344 0.83911 473 29 578

7/25/2019 F09ssu.pdf

99/115


95 278 0.80852 424 0.79991 555 114 620

96 0.80991 566 138 706 271 0.78831 388

97 698 274 0.79846 415 0.78981 542 100

98 399 0.79974 547 117 684 247 0.77806

99 94 670 243 0.78814 382 0.77946 507

100 0.79784 360 0.78934 506 75 641 203Sumber : Perrys Chemical Engineers Handbook

7/25/2019 F09ssu.pdf

100/115

Lampiran 11. Contoh perhitungan konsentrasi etanol

Massa pikno kosong (mpic,0) : 15.73 gram

Massa pikno+ aquades (mpic,aq) : 25.7 gram

Massa aquades (maq) : mpic,aq - mpic,0

: 25.715.73

: 9.97 gramSuhu lingkungan pada saat pengujian adalah 25C

Massa jenis () pada suhu tersebut adalah 0.99682 g/cm3

Volume pikno = =

aq=

9.97

0.99682= 10.0018 3

Massa pikno + sampel (mpic,spl) : 23.8 gram

Massa sampel (mspl) : mpic,splmpic,0

: 23.815.73

7/25/2019 F09ssu.pdf

101/115

Lampiran 12. Perhitungan pipa tembaga

Perancangan alat distilasi etanol dengan asumsi :

Etanol yang didistilasi : 8 liter/hari

Jumlah kerja : 8 jam/hari

Laju penguapan :Etanol yang didistilasi

Jumlah kerja=

8 liter /hari

8 jam /hari= 1 liter/jam

Diketahui : Densitas () : 783 kg/m3

Titik didih : 78.2C

Jawab :

Laju massa :

=

783 0.001

3600= 2.715 104/

=

= 2.175104

2257 = 0.49

=

=

dimana =

1

11+

ln (2/1)

21+

1

22

7/25/2019 F09ssu.pdf

102/115

Lampiran 13. Analisis rancangan distilator

Alat distilasi etanol ini dirancang untuk memisahkan larutan etanol-air.

Dalam perancangan diasumsikan bahwa larutan mendekati ideal. Pemisahan

larutan etanol air untuk mendapatkan produk atas yaitu etanol dengan konsentrasi

95.5% (W/W) dan air dengan konsentrasi 4.5% (W/W). Umpan yang digunakan

adalah etanol 10% (V/V) dengan laju umpan 1 liter/jam.

Penentuan Sifat Fisis Komponen

Tekanan Uap

Tekanan uap tiap komponen diperlukan untuk perhitungan yang

melibatkan persamaan kesetimbangan. Tekanan uap tiap komponen dapat didekati

dengan persamaan Antoine, sebagai berikut:

log P= A -CT

B

. ( 1 )

dengan : P = tekanan uap, mmHg

T = suhu, oC

7/25/2019 F09ssu.pdf

103/115

1. Penentuan Kondisi Umpan Masuk

Komposisi umpan masuk menara distilasi :Komponen mol/jam xi (fraksi mol) g/jam

C2H5OH(LK) 1.7022 0.0329 78.3000

H2O(HK) 50.0000 0.9671 900.0000

Jumlah 51.7022 1.0000 978.3000

Tekanan uap dihitung dengan persamaan (1) dan kesetimbangan uap cair

dihitung dengan persamaan (2).Umpan berada dalam kondisi cair jenuh, maka

yi= 1.

dengan cara trial T maka didapat hasil sebagai berikut :

P umpan = 1 atm

= 760mmHg

Trial T = 99.04 oC

Komponen F, mol/jam xf Pio, mmHg Ki yi=Ki xi

C2H5OH(LK) 1.7022 0.0329 1,631.4905 2.1467 0.0707

7/25/2019 F09ssu.pdf

104/115

sebagian sebagai produk atas (top product) dan sisanya dikembalikan ke menara

(reflux)Kondisi operasi atas menara terjadi pada keadaan dew point, sehingga

xi = 1, sedangkan kondisi distilat keluaran berada pada bubble point-nya, dimana

yi = 1. Komposisi topmenara distilasi :

Komponen mol/jam xi (fraksi mol) g/jam

C2H5OH(LK) 1.6681 0.8925 76.7340

H2O(HK) 0.2009 0.1075 3.6157

Jumlah 1.8690 1.0000 80.3497

Hasil perhitungan trial suhu dew pointcampuran komponen bagian atas menara :

P top = 1 atm= 760 mmHg

Trial T = 81.77 oC

Komponen D, mol/jam yiPi

o,

mmHgKi xi =yi/Ki

C2H5OH 1 6681 0 8925 864 4581 1 1374 0 7847

7/25/2019 F09ssu.pdf

105/115

Hasil perhitungan trial suhu bubble pointcampuran komponen bagian bawah :

P bottom = 1 atm= 760 mmHg

Trial T = 100.13oC

KomponenB,

mol/jamxi Pi

o, mmHg Ki yi =xi.Ki

C2H5OH(LK) 0.0340 0.0007 1,694.4546 2.2295 0.0015

H2O(HK) 49.7991 0.9993 759.4008 0.9992 0.9985

Jumlah 49.8332 1.0000 1.0001

5. Penentuan Komponen Kunci (Key Component)

Light Key Component yaitu komponen yang tidak dapat diabaikan jumlahnya

yang berada di produk bawah, Sedangkan Heavy Key Component adalah

komponen yang tidak dapat diabaikan jumlahnya yang berada di produk atas.

Diinginkan : 98 % dari etanol menjadi hasil atas

Dipilih : Etanol sebagaiLight Key

Air sebagaiHeavy Key

7/25/2019 F09ssu.pdf

106/115

batasan :

Jika 01.0F.ZD.X

F,j

D,j dan 01.1F.ZD.X

F,j

D,j maka komponen tidak terdistribusi

Jika 0,99 01.0F.Z

D.X

F,j

D,j maka komponen terdistribusi

Komponen lightkeydan heavy keyberada di antara :

-0,01 (xJ,D.D/zJ,F.F) 1,01

dengan : D,jX fraksi mol komponen j di distilat

F,jZ fraksi mol komponen j di umpan

= relative volatility

D = jumlah distilat, kmol/j

F = jumlah umpan, kmol/j

Komponen B C A

7/25/2019 F09ssu.pdf

107/115

pada persamaan tersebut terdapat konstanta yang merupakan akar persamaan :

qX

i

Fii 1. ,

. ( 9 )

dimana :m

R = refluk minimum

Xj,D = fraksi mol komponen i didistilat saat refluk minimum

= konstanta Underwood

q = panas untuk menguapkan 1 mol umpan (panas laten dari

umpan, tergantung kondisi umpan)

Ingat : Jika umpan masuk cair jenuh, maka q = 1

Jika umpan masuk uap jenuh, maka q = 0

Jika umpan masuk campuran cair dan uap, maka 0 < q < 1

Nilai harus terletak antar light keydan heavy keydan dicari dengan cara

trial and error, diperoleh :

0. ,

i

Fii X, karena umpan masuk dalam kondisi cair jenuh, maka q = 1.

7/25/2019 F09ssu.pdf

108/115

Maka : Rmin + 1 = 15.2533

Rmin = 14.2533Jika R = 1.5 Rmin, maka:

R = 21.37995

7. Perhitungan Jumlah PlateMinimum

Jumlahplateminimum dapat diperkirakan dari persamaan yang diajukan oleh

Fenske (1932), yaitu :

HK

LK

HKB

D

LKB

D

m

XX

XX

N

ln

ln

. ( 10 )

Didapat :

Nm = 11.7012

7/25/2019 F09ssu.pdf

109/115

8. Penentuan PlateUmpan

Ditentukan dengan persamaanKirkbride:

206,02

Dhk

Blk

Flk

hk

D

B

X

X

X

X

Nstr

Nrec

. ( 14 )

dengan : Nrec = jumlahplatediatasfeed plate

Nstr = jumlahplatedibawahfeed plate

B = Laju alir molar bottom, kmol/jam

D = Laju alir molar distilat, kmol/jam

Diperoleh :

Nstr

Nrec = 0.2496

Ntot = Nstr + Nrec

7/25/2019 F09ssu.pdf

110/115

Lampiran 14. Perhitungan rancangan kondensor

Asumsi

Suhu air masuk kondensor : 27C

Suhu air keluar kondensor : 30C

Suhu uap masuk kondensor : 81C

Suhu distilat yang dihasilkan : 30C

Laju distilasi : 80.3497 gram/jam = 2.2319 x 10-5kg/s

Perhitungan rancangan

Perhitungan kalor

Kalor yang harus dilepaskan adalah kalor penguapan yang besarnya sama dengan

kalor pengembunan atau berdasarkan asas black

Qair = Qetanol

Qetanol = (m x Cp x T) + (m x L)

Dimana :

Q k l dih ilk J

7/25/2019 F09ssu.pdf

111/115

T = 3 K

Maka :

=

=21.51

4180 3

= 0.001715 kg/s

= 1.715 /

= 1.715 3/

Jadi laju alir air pendingin yang dibutuhkan adalah 1.715 cm3/s

Perubahan suhu pada kondensor :

Kondensor ini dirancang dengan aliran berlawanan

Uap 81C Distilat 30C

Ai kel 30C Ai k 27C

KONDENSOR

7/25/2019 F09ssu.pdf

112/115

=(1 2")-(T2'-T1")

ln (1 2")/(T2'-T1")

=(81 30)-(30-27)

ln (81 30)/(30-27)

= 36.624

Perpindahan panas antara dua zat alir yang terpisah sekat penghantar dapat

dinyatakan dengan persamaan :

=

Dimana : Q = jumlah panas yang dipindahkan (W)

A = luas permukaan pindah pa

F09ssu.pdf

Documents

Transcript of F09ssu.pdf