2. 2
Definisi
Distilasi adalah suatu proses yang di dalamnya suatu cairan atau uap
campuran dari dua atau lebih substansi dipisahkan ke dalam fraksi-
fraksi komponennya dengan kemurnian yang diinginkan melalu
pemakaian atau pelepasan kalor.
Aspek penting distilasi :
• Distilasi merupakan teknik separasi yang paling umum
• mengkonsumsi begitu besar energi, baik dalam pemanasan atau
pendinginan
• mengkontribusi sampai lebih dri 50% biaya operasi perusahaan
3. 3
Bahasan tercakup :
• tipe kolom
• peralatan dan operasi distilasi
• internal kolom
• prinsip distilasi
• disain kolom distilasi
• faktor-faktor yang mempengaruhi operasi kolom distilasi
4. 4
TIPE KOLOM DISTILASI
Kolom Batch dan Continuous
Atas dasar cara operasi:
Kolom Batch
Kolom Kontinyu
Tipe Kolom kontinyu :
Kolom kontinyu dapat diklasifikasikan sesuai dengan
1. sifat umpan yang diproses ,
kolom binary – umpan hanya mengandung dua komponen
kolom multi-komponen – umpan mengandung lebih dari dua komponen
2. jumlah aliran produk yang dimiliki
kolom multi-produk - kolom mempunyai lebih dari pada dua arus
produk
distilasi ekstrakstiv - dimana kelebihan umpan muncul di arus produk
bawah
distilasi azeotropik - dimana kelebihan umpan muncul pada arus
produk atas
5. 5
Tipe internal kolom
Kolom baki (tray) - dimana baki dengan macam-macam disain digunakan
untuk menahan cairan untuk menghasilkan kontak yang lebih baik antara
uap dan cairan sehingga diperoleh pemisahan yang lebih baik
kolom packed – tidak dipergunakan baki namun “ packing” yang
digunakan untuk meningkatkan kontak antara cairan dan uap
PERALATAN DAN OPERASI DASAR DISTILASI
Komponen Utama Kolom Distilasi
Kolom distilasi tersusun atas beberapa komponen yang masing-masing,
baik digunakan untuk memindah energi kalor ataupun meningkatkan
perpindahan bahan.
Suatu tipe distilasi tersusun atas beberapa komponen utama :
• sebuah “shell” vertikal dimana pemisahan komponen cairan dilakukan
• internal kolom seperti baki/ pelat dan /atau “packing” yang digunakan
untuk meningkatkan pemisahan komponen
6. 6
• reboiler sebagai penyedia penguapan yang dibutuhkan bagi proses distilasi
• sebuah kondensor untuk mendinginkan dan mengembunkan uap yang
meninggalkan bagian atas kolom
• sebuah drum “reflux” untuk menahan uap terkondensasi dari bagian atas
kolom sehingga cairan ( “reflux”) dapat didaur ulang kembali ke kolom
Rumah-rumah “shell”vertikal, internal kolom dan bersama-sama dengan
kondensor serta reboiler menyusun suatu kolom distilasi .
7. 7
Skema tipe unit distilasi dengan sebuah arus umpan dan dua arus
produk ditunjukkan seperti berikut :
8. 8
Operasi Dasar dan Terminologi
Campuran cairan yang akan diproses
dikenal dengan umpan dan dimasukkan
biasanya ditempat yang dekat dengan
tengah-tengah kolom pada sebuah baki
atau tray disebut tray umpan. Tray umpan
membagi kolom menjadi bagian atas
(pengayaan dan rektifikasi) dan bagian
bawah(stripping). Umpan mengalir ke
bawah kolom dimana dikumpulkan pada
bagian bawah dalam reboiler.
Kalor dipasok ke reboiler untuk menghasilkan uap. Sumber masukan
kalor dapat berupa fluida namun kebanyakan steam. Dalam refinasi,
sumber pemanas dapat arus keluaran dari kolom lain. Uap diangkat di
dalam reboiler kembali dimasukkan ke unit pada bagian bawah kolom.
Cairan yang dilepas dari reboiler dikenal dengan produk bawah (bottom
product) atau bottom saja.
9. 9
Uap bergerak ke kolom bagian atas dan keluar pada bagian atas unit,
didinginkan oleh kondensor. Cairan embun disimpan di dalam bejana yang
dikenal dengan reflux drum. Sebagian cairan ini didaur ulang kembali ke
bagian atas kolom dan disebut reflux . Cairan kondensasi yang dilepas
sistem disebut distilat atau produk atas. Jadi terdapat aliran internal uap dan
cairan di dalam kolom seperti juga aliran eksternal dari arus umpan dan
produk, ke dalam dan ke luar kolom.
11. 11
PRINSIP DISTILASI
Pemisahan komponen dari campuran cairan melalui distilasi tegantung atas
perbedaan titik didih masing-masing komponen. Juga, tergantung atas
konsentrasi komponen yang ada, campuran cairan akan memiliki
karakteristik titik didih yang berbeda. Karenanya, proses distilasi
tergantung atas karakteristik tekanan uap campuran cairan.
Tekanan Uap dan Pendidihan
Tekanan uap suatu cairan pada suhu tertentu merupakan tekanan
kesetimbangan yang dilakukan oleh molekul-molekul yang keluar dan
masuk permukaan cairan.
Berikut beberapa butir penting melihat tekanan uap :
• masukan energi menaikkan tekanan uap
• tekanan uap terkait dengan pendidihan
• Suatu cairan dikatakan “ mendidih” bilamana tekanan uapnya sama
dengan tekanan sekitarnya
12. 12
• Kemudahan suatu cairan mendidih tergantung atas volatilitasnya
• Cairan dengan tekanan uap tinggi ( cairan volatil) akan mendidih pada
suhu lebih rendah
• Tekanan uap dan titik didih campuran cairan tergantung atas jumlah relatip
komponen di dalam campuran tersebut
• Distilasi terjadi dikarenakan beda volatilitas komponen di dalam cairan
campuran
13. 13
Volatilitas Relativ
Volatilitas relatif merupakan ukuran beda volatilitas antara 2 komponen,
dan juga titik-titik didihnya. Volatilitas relatif menunjukkan bagaimana
akan mudah atau sukarnya suatu pemisahan tertentu. Volatilitas Relativ
suatu komponen “i” terhadap komponen “j” didefinisikan seperti
dimana
yi = mol fraksi komponen ‘i’ di dalam uap
xi = mol fraksi komponen ‘i’ di dalam cairan
14. 14
DISAIN KOLOM DISTILASI
Karakteristik kesetimbangan campuran uap-cair akan menentukan jumlah
stasi(stage) dan akibatnya jumlah tray, yang diperlukan untuk pemisahan .
Ini digambarkan jelas dengan penerapan metoda McCabe-Thiele untuk
mendisain kolom biner.
METODA DISAIN McCABE-THIELE
Pendekatan McCabe-Thiele merupakan pendekatan graphis dan
menggunakan plot kesetimbangan cairan-uap (VLE) untuk menentukan
jumlah teoritis stasi (stage) yang diperlukan untuk menghasilkan separasi
campuran biner.
Asumsi overflow molar konstan dan ini berarti bahwa:
• Kalor molar penguapan komponen secara kasar sama
• Dampak kalor (kalor larutan, kehilangan kalor ke dan dari kolom dll.) dapat
diabaikan
• Untuk setiap mol uap terkondensasi, 1 mol cairan teruapkan
15. 15
Prosedur perancangan sederhana. Diketahui diagram kesetimbangan
cairan-uap (VLE) campuran biner , garis operasi digambar terlebih dulu.
• Garis operasi menentukan kaitan neraca massa antara phasa cair dan uap di
dalam kolom.
• Terdapat satu garis operasi untuk bagian bawah kolom (stripping section)
dan satu untuk bagian atas kolom.
• Asumsi overflow molar konstan juga meyakinkan bahwa garis operasi
adalah garis lurus.
Garis operasi untuk bagian Rektifikasi
Garis operasi untuk bagian rektifikasi terbentuk seperti berikut:
Pertama komposisi produk atas yang diinginkan diletakkan pada diagram
VLE dan sebuah garis vertikal terbentuk sampai memotong garis diagonal
yang memotong plot VLE setengahnya. Suatu garis dengan kelerengan
R/(R+1) kemudian digambar dari titik perpotongan ini seperti ditunjukkan
dalam gambar dibawah ini .
16. 16
R adalah rasio aliran reflux (L) terhadap aliran distilat (D) dan disebut rasio reflux
serta merupakan ukuran berapa jumlah bahan naik ke bagian atas kolom yang
dikembalikan ke kolom sebagai reflux.
17. 17
Garis Operasi untuk Bagian Stripping
Garis operasi untuk bagian stripping dibuat dengan cara yang sama. Namun
demikian, titik awalnya adalah komposisi produk bawah yang diinginkan.
Sebuah garis vertikal digambar dari titik ini ke garis diagonal serta garis
dengan kelerengan Ls/Vs digambar seperti diilustrasikan melalui diagram
dibawah.
Ls adalah laju cairan ke bagian stripping dari kolom, sementara Vs adalah
laju uap naik ke bagian stripping dari kolom. Jadi kelerengan garis operasi
untuk bagian stripping adalah rasio antara aliran cairan dan uap di bagian
kolom tersebut.
19. 19
Garis Ekuilibrium dan Operasi
Metoda McCabe-Thiele berasumsi bahwa cairan pada tray dan uap diatasnya
berada dalam kesetimbangan. Bagaimana ini terkait dengan plot VLE serta garis
operasi dijabarkan secara graphis dalam gambar dibawah ini.
20. 20
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI OPERASI KOLOM
DISTILASI
Kinerja kolom distilasi ditentukan oleh banyak faktor, seperti contoh :
• Kondisi umpan
- status umpan
- komposisi umpan
- elemen-elemen kecil yang dapat mempengaruhi kesetimbangan
cairan-uap (VLE) dari campuran cairan
• Kondisi cairan internal dan aliran fluida
• Keadaan trays (packings)
• Kondisi cuaca
