Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di...

32

Transcript of Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di...

Page 1: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi
Page 2: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

Topik UtamaMemecah Campuran Azeotrop 4

Problem Pemisahan Emulsi Minyak dan Air 10

Pengembangan Proses Penangkapan

Partikulat di Udara 16

Studi KasusDesain Dasar Kolom Distilasi Zeotrop dan

Azeotrop pada Equilibrium Stages (bagian 1) 19

IklanCognoscente 9

Pebecons 31

2

Page 3: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

Editor

Zulfan Adi PutraTMC Chemical, Eindhoven

Editor Utama

Asep Bayu Dani NandiyantoUniversitas Pendidikan Indonesia,

Bandung

Editor

Muhammad Roil BiladNanyang Technological University,

Singapura

Editor

Oki MurazaKing Fahd University of Petroleum and

Minerals, Dhahran

Editor

Riezqa AndikaYeungnam University, Gyeongsan

Editor

Teguh KurniawanUniversitas Sultan Ageng Tirtayasa,

Serang

Editor

3

Editorial

Hal yang sering diungkapkan di bidang

teknik kimia adalah proses pemisahan.

Proses pemisahan ini digunakan untuk

mendapatkan produk yang lebih murni

dari suatu campuran senyawa kimia. Proses

pemisahan tidak hanya ditemukan untuk

membuat produk menjadi lebih murni, tapi

juga untuk proses pengolahan limbah di

Industri.

Dalam edisi ini, Majalah Teknik Kimia

Indonesia akan dibahas mengenai

beberapa hal diantaranya pemisahan

zeotrop dan azeotrop, pemisahan minyak-

air, dan penangkapan partikulat di udara.

Edisi ini juga membahas mengenai riset

mengenai proses pemisahan yang

dilakukan di Korea Selatan. Semoga edisi ini

bisa membuka serta menambah wawasan

dan ilmu pengetahuan mengenai proses

pemisahan di Industri. Tentu saja, sangat

baik sekali apabila ilmu tersebut bisa

digunakan untuk kemajuan industri di

dunia pada umumnya, dan Indonesia pada

khususnya.

Selamat membaca!

Asep Bayu Dani Nandiyanto

Editor

Page 4: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

4

Topik Utama

Memecah Campuran AzeotropTulisan kali ini hanya berfokus pada

penjabaran proses pemisahan campuran

azeotrop yang biasa terdapat di industri.

Tulisan ini diharapkan dapat memberikan

gambaran mengenai pilihan-pilihan

proses pemisahan yang dapat

dipertimbangkan dalam menangani

campuran azeotrop.

Ada beberapa proses pemisahan yang

akan dibahas di sini. Proses-proses tersebut

adalah penggunaan pressure swingdistillation, penambahan senyawa lain

yang dapat membuat azeotrop baru yang

heterogen, penggunaan membranepervaporation, molecular sieve, atau

gabungan membrane pervaporation dan

molecular sieve.

Zulfan Adi Putra

TMC Chemical

Pendahuluan

Salah satu tantangan dalam proses

pemisahan senyawa-senyawa kimia

adalah pemisahan campuran yang

memiliki relative volatility sangat dekat satu

sama lainnya. Campuran seperti ini yang

biasa kita sebut sebagai campuran

azeotrop. Contoh paling sederhana

adalah campuran etanol dan air dengan

komposisi 95.63 wt% etanol dan 4.37 wt%

air. Titik didih ethanol adalah 78.4°C, air

pada 100°C, sementara campuran

azeotrop tersebut mendidih pada 78.2°C.

Detail mengenai campuran azeotrop

dapat dibaca di buku-buku teks.

Gambar 1. Pressure swing distillation.

Page 5: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

5

Dari contoh sederhana ini, kita bisamelihat bahwa jika posisi azeotropberubah dari satu tekanan ke tekananlainnya, kita bisa memisahkan senyawa Adan B dengan dua kolom distilasi dengantekanan yang berbeda tersebut.

Menambahkan senyawa lain yang dapatmenghasilkan campuran cairan dua fase(heterogeneous azeotrope)

Ada kalanya titik azeotrop tidak berubahmeskipun tekanannya telah diubah-ubah.Akan tetapi, ternyata senyawa-senyawayang terlibat dapat membentuk azeotropyang heterogen dengan senyawa lain.Senyawa azeotrop heterogen, secarasederhana, adalah campuran senyawayang dapat menghasilkan dua fasa cairanyang tidak bercampur. Kedua fasa inimembentuk dua lapis cairan yangkemudian dapat dipisahkan karenaperbedaan massa jenisnya. Contoh yangpaling umum adalah proses pemisahanetanol dari air yang melibatkanpenambahan senyawa aromatic sepertibenzene atau toluene. Silahkan dilihatGambar 2 untuk lebih jelasnya.

Di contoh ini kita ingin memisahkansenyawa E dan W dengan konsentrasiumpan di titik F. dapat terlihat bahwasenyawa E dan W memiliki campuranazeotrop di titik 78.2°C. Diagram fasa diGambar 2 merupakan kurva residue(residue curve) dari senyawa E dan W,dan juga senyawa T yang kita tambahkan.Dapat dilihat bahwa senyawa Tmembentuk azeotrop homogen(cairannya tidak terpisah) dengansenyawa E di titik 76.7°C dan azeotropheterogen dengan senyawa W pada 84°C(berada di daerah miscibility gap). Ketigasenyawa ini membentuk ternary azeotropdi titik G yang merupakan campuran yangdapat terpisah (heterogen).

Proses dua distilasi pada dua tekananyang berbeda (pressure swing distillation)

Pressure swing distillation adalah prosesyang melakukan dua distilasi pada duadua tekanan yang berbeda. Proses inimemanfaatkan kenyataan bahwakonsentrasi campuran azeotrop akanberbeda jika beroperasi pada tekananyang berbeda. Untuk lebih jelasnya,silahkan dilihat Gambar 1 untuk kurva x-ydan contoh skema proses pemisahansenyawa A dan B.

Di Gambar 1 terlihat bahwa pada tekananP1 (kurva x-y bagian atas), campuranazeotrop A dan B memiliki titik azeotrop diAz1. Pada tekanan P2 (kurva x-y bagianbawah), titik azeotropnya lebih rendah,yakni pada Az2. Campuran yang ingindipisahkan berada pada konsentrasi F.Kolom distilasi pertama dioperasikan padaP1 dengan produk bawahnya berupasenyawa B murni. Produk atasnya adalahazeotrop Az1 karena kita tidak bisamemisahkan A dan B melewati titikazeotrop tersebut.

Campuran Az1 ini kemudian dipisahkan dikolom kedua yang beroperasi pada P2.Produk bagian bawahnya adalahsenyawa A murni karena, jika dilihat darikurva x-y tersebut, senyawa A lebih sulitmenguap daripada campuran Az1.Produk atasnya adalah campuran Az2.Campuran Az2 ini pun kemudiandikembalikan ke kolom pertama. Posisiumpan Az2 ke dalam kolom distilasisebaiknya berada di atas posisi umpan Fkarena komposisi senyawa A di Az2 lebihbesar daripada di F. Untuk lebih detailnya,proses simulasi, dengan menggunakanmodel termodinamik yang telahdimodifikasi sesuai data eksperimen,sebaiknya dilakukan.

Page 6: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

6

Menggunakan membrane pervaporationatau vapor permeation

Jika proses pemisahan yang akandilakukan melibatkan air, maka prosesalternatif seperti membrane pervaporationatau vapor permeation dapat digunakan.Proses ini menggunakan kombinasi kolomdistilasi dengan membran. Padamembrane pervaporation, umpan kemembrane berfasa cair dan produk akanberubah fase menjadi vapor di sisipermeatnya. Pada vapor permeation,umpan ke membran berfase uap. Prosespemisahan melalui membran ini dapatditingkatkan dengan meningkatkanperbedaan chemical potential-nya(konsentrasi), menaikkan temperaturumpan, dan menurunkan tekanan parsialdi sisi permeat.

Jika membran yang digunakan membranhidrofobik, maka senyawa yang hidrofobikakan lebih mudah menembus membrantersebut. Demikian sebaliknya jikamembran terbuat dari material hidrofilik,maka air akan lebih mudah berpindah.

Umpan F dicampur dengan campuran Kuntuk menghasilkan campuran L.Campuran L ini dikirim ke kolom pertamauntuk menghasilkan senyawa W sebagaiproduk bawah dan campuran H diproduk atas. Campuran H ini kemudiandigabung dengan campuran M untukmenghasilkan campuran N. Campuran Nkemudian dipisahkan di kolom keduadengan produk atas merupakan senyawaE murni dan produk bawah merupakanazeotrop G. Azeotrop G kemudiandidiamkan di dalam decanter untukmemisahkan campuran K dan M.Campuran K dan M ini kemudiandikembalikan untuk dicampur dengan Fdan H secara berturut-turut.

Proses ini merupakan proses yang cukupbanyak diaplikasikan di pemisahansenyawa-senyawa alkohol dengan air.Topik lebih detail mengenai residue curve,miscibility gap, dan desain kolom distilasiuntuk ini akan dibahas di artikelberikutnya.

Gambar 2. Proses pemisahan dengan penambahan senyawa lain yang dapat

membentuk campuran azeotrop heterogen.

Page 7: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

7

membran. Jika pemisahan dilakukan

semakin dekat ke titik azeotropnya, maka

reboiler akan semakin besar dan

keperluan energinya juga besar. Atau juga

kolomnya bisa bertambah tinggi. Akan

tetapi, unit membran yang diperlukan

akan berukuran kecil, berikut pompa

vakumnya. Demikian juga sebaliknya.

Menggunakan molecular sieve

Salah satu alternatif lain adalah dengan

menggunakan molecular sieve untuk

mengambil air dari campuran azeotrop

tersebut. Campuran umpan biasanya

dipisahkan sedekat mungkin ke titik

azeotrop. Hal ini dibatasi oleh kapasitas

molecular sieve dalam menampung air,

yaitu sekitar 20 - 25 wt% dari massa

molecular sieve tersebut. Skema sederhana

proses ini ditunjukkan di Gambar 4.

Kombinasi membrane pervaporation dan

molecular sieve

Jika campuran tidak dipisahkan sampai

Secara sederhana, di Gambar 3, suatu

campuran A dan B dipisahkan di kolom

distilasi sampai pada, atau mendekati, titik

azeotropnya (Az1). Produk bagian bawah

adalah senyawa yang lebih berat,

katakanlah senyawa B. Produk bagian atas

adalah campuran azeotropnya (atau yang

mendekati azeotrop). Produk bagian atas

ini kemudian dialirkan ke suatu membrane

yang sangat selektif terhadap A pada

kondisi operasi yang telah ditentukan

secara eksperimen. Jadi, permeate

membrane ini adalah produk A murni,

sedangkan retentate-nya adalah

campuran A dan B (dengan B adalah

komponen mayoritas).

Dengan menggunakan metode ini pun

kita bisa memisahkan A dan B. Seberapa

jauh pemisahan di kolom distilasi yang

sebaiknya dilakukan tergantung dari

perhitungan ekonomis antara keperluan

energi di reboiler dan pompa vakum

(untuk membrane pervaporation) dan

keperluan investasi kolom dan luas

Gambar 3. Proses distilasi dan membrane pervaporation.

Page 8: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

8

titik H. Campuran ini kemudian dikirim ke

unit membrane pervaporation untuk

menghasilkan senyawa A berkonsentrasi

tinggi. Akan tetapi, untuk memproduksi A

dengan konsentrasi yang lebih tinggi lagi,

molecular sieve perlu digunakan untuk

mengambil sisa-sisa air yang tersisa.

mendekati titik azeotropnya, atau titik

azeotrop tersebut masih memiliki banyak

air, maka kebutuhan akan molecular sieveakan sangat besar. Di kasus ini, kombinasi

membrane pervaporation dan molecularsieve dapat dipertimbangkan. Seperti

terlihat di Gambar 5, campuran umpan

dipisahkan di kolom distilasi sampai pada

Gambar 4. Proses distilasi dengan tambahan kolom molecular sieve.

Gambar 5. Kombinasi membrane pervaporation dan molecular sieve.

Page 9: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

9

Penutup

Berbagai pilihan konsep proses untuk memisahkan senyawa azeotrop telah dideskripsikan

di artikel ini. Informasi yang lebih detail dapat ditemukan di buku-buku teks atau artikel-

artikel mendatang di website Teknik Kimia Indonesia

(www.indonesianchemicalengineers.com).

Dengan adanya tulisan review ini, diharapkan pembaca setidaknya mengetahui

beberapa pilihan yang dapat dipertimbangkan. Setiap pilihan memiliki keuntungan dan

kerugian yang unik untuk setiap sistem pemisahan. Tidak akan ada satu solusi yang bisa

menangani semua permasalahan pemisahan. Desain proses pemisahan juga

memerlukan pengetahuan dan data termodinamika yang cukup akurat sehingga kita bisa

memilih proses seperti apa yang sebaiknya kita gunakan.

Zulfan Adi Putra bekerja sebagai konsultan desain proses, engineering dan

teknologi, dan pernah bekerja di beberapa perusahaan kimia seperti

AkzoNobel, SABIC, Momentive (Hexion), DSM, dan SC Johnson. Berbagai

tipe proyek yang pernah ditangani meliputi uji kelayakan, desain proses

konseptual, basic engineering, optimasi pabrik, debottlenecking, dan

process engineering support. Terkait dengan proses pemisahan, penulis

pernah terlibat dalam mendesain, mengevaluasi, dan mengoptimalkan

beberapa kolom distilasi serta mengevaluasi beberapa konsep proses pemisahan untuk

biomass to chemicals. Penulis memegang gelar PDEng dari Technische Universiteit

Eindhoven.

www.cscente.com

Page 10: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

10

Topik Utama

Problem Pemisahan Emulsi

Minyak dan Air

lingkungan. Prinsip dari pemisahan dari

air dan minyak ini sendiri cukup sederhana

bagi insinyur proses. Biasanya insinyur

proses berpedoman pada hukum Stoke

yang menjelaskan settling velocity suatu

partikel ataupun API 12J untuk

menentukan waktu endap yang

dibutuhkan air untuk berpisah dengan

minyak berdasarkan specific gravityminyak. Namun prinsip-prinsip

pengendapan gravitasional tersebut tidak

akan berjalan semestinya ketika ditemukan

adanya fenomena emulsi.

Mengenal apa itu emulsi

Istilah emulsi sebenarnya banyak didengar

dan diteliti di berbagai industri baik itu

industri pangan, kosmetik, kertas, farmasi,

dan pertanian. Namun emulsi minyak

yang akan dibahas di artikel ini merupakan

emulsi yang merugikan bila tidak diatasi.

Bila terjadi emulsi air-dalam-minyak,

viskositas pada cairan akan meningkat,

sehingga akan banyak pressure drop yang

tidak diinginkan di sepanjang pipa. Efek

lebih parahnya bukan tidak mungkin

mengakibatkan process trip/upset pada

unit pengolahan minyak mentah.

Emulsi merupakan sistem koloid antara

dua jen i s ca i ran yang t idak b i sa

bercampur. Satu jenis cairan (disebut fase

kontinyu). Bila fase terdispersinya adalah

M. Ers Harry Yunashtanto

BP Indonesia

Peran pemisahan di industri migas

Pemisahan atau separasi merupakan

proses dasar dan fundamental di industri

migas berbagai lini dari hulu sampai hilir,

mulai dari fasilitas penerima (onshorereceiving facilities), fasilitas pengolahan gas

jual (sales gas treatment), kilang

pengolahan minyak mentah (crude oilrefinery), hingga kilang gas alam cair

(LNG). Pemisahan yang hampir pasti

dibutuhkan di berbagai fasilitas tersebut

adalah pemisahan cairan

hidrokarbon/minyak dan air. Hal ini

dikarenakan setiap sumur minyak atau gas

bumi pasti mengeluarkan tiga unsur

utama ketika diproduksikan, yaitu gas

hidrokarbon (disebut associated gas bila

berasal dari sumur dominan minyak),

cairan hidrokarbon/minyak (disebut

condensate bila berasal dari sumur

dominan gas), dan air (biasa disebut juga

produced water).

Pemisahan cairan-cairan antara air dan

minyak sangat penting untuk memenuhi

spesifikasi minyak yang akan dijual ke

pasaran ataupun untuk memenuhi

spesifikasi air sesuai regulasi sebelum

dibuang ke lingkungan. spesifikasi air

sesuai regulasi sebelum dibuang ke

Page 11: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

11

tangensial karena adanya perbedaan

(gradient) tegangan permukaan.

Perbedaan ini akan melawan tarikan yang

mengembalikan ke bentuk tegangan

antarpermukaan yang seragam sehingga

permukaan akan bersifat elastis.

Fenomena ini disebut Gibbs-Marangoni.

Maka dari itu, insinyur proses harus

memiliki pemahaman akan komposisi

hidrokarbon dari sumur yang akan

diproduksi, sehingga dapat segera

mempersiapkan rencana untuk

menanggulangi apabila emulsi tidak dapat

dihindari.

Selain faktor komposisi dari sumur, efek

a g i t a s i a t a u p u n s h e a r i n g b i s a

mengakibatkan emulsi. Percaya atau tidak,

ternyata tanpa disadari hasil desain dari

insinyur proses dan insinyur mekanikal

yang sebenarnya “menghasilkan” efek

tersebut. Choke valve dan control valveadalah salah satu penyebab efek shearyang sangat besar karena adanya

perbedaan tekanan di valve tersebut.

Selain itu, bends/elbow pada pipa

ataupun masukan separator dapat

minyak, di dalam medium air, maka emulsi

tersebut adalah emulsi minyak-dalam-air,

begitupun sebaliknya. Terdapat juga jenis

emulsi ganda yang terjadi misalkan ketika

partikel minyak terdispersi di dalam partikel

air, yang kemudian terdispersi di fase

kontinyu minyak sehingga membentuk

emulsi minyak-dalam-air-dalam minyak.

Semakin kecil partikel yang terdispersi,

semakin susah untuk dipisahkan emulsi

tersebut.

Emulsi dapat terbentuk bila terdapat tiga

kondisi utama, yaitu adanya dua cairan

yang tidak dapat bercampur, adanya

surfaktan atau agen pengemulsi, serta

adanya efek agitasi ataupun shearingyang cukup kuat untuk mendispersi suatu

partikel cairan. Sifat surfaktan sebenarnya

banyak ditemukan di komposisi minyak

mentah itu sendiri, di mana sering dikenal

dengan singkatan SARA (Saturated,Aromatic, Resin, Asphaltene). Komponen

SARA ini akan teradsorpsi di permukaan

minyak dan air untuk mengurangi

tegangan antarpermukaan. Hal ini ,

membuat partikel mengalami tegangan

Gambar 1. Contoh emulsi minyak-dalam-air.

Page 12: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

12

dan penggumpalan terjadi, di mana

partikel-partikel emulsi bisa teragregat,

sebelum akhirnya partikel menggumpal

untuk membentuk partikel yang lebih

besar. Dengan ukuran partikel yang jauh

lebih besar, pemisahan antar dua cairan

tersebut kemudian dapat terjadi secara

gravitasi seperti separasi pada umumnya.

Untuk dapat memicu flokulasi dan

penggumpalan, terdapat beberapa

alternatif teknologi yang banyak

diterapkan di industri, antara lain dengan

pengendapan; pemanasan; pre-filter dan

coalescer; electrocoalescence; maupun

injeksi kimia. Pemilihan teknologi ini harus

dilihat spesifik tiap kasusnya karena harus

memerhatikan berbagai aspek, seperti

biaya, kriteria performa yang diinginkan,

operabilitas, kompleksitas, ketersediaan

area, dan lain-lain.

Mengakibatkan efek agitasi. Maka dari itu

biasanya insinyur proses memiliki kriteria

tidak boleh ada elbow di sepanjang 5D

sampai 10D di masukan separator agar

tidak terjadi emulsifikasi sehingga

pemisahan di separator dapat berjalan

dengan efektif.

Padatan/pasir (total suspended solid) yang

terbawa oleh air terproduksi dari sumur

juga bisa menstabilkan emulsi karena

adanya padatan pada permukaan

memberikan gaya permukaan tolak yang

besar, seperti ditunjukkan Gambar 2. Gaya

tolak ini dapat menstabilkan emulsi secara

termodinamika.

Strategi memecah emulsi

Secara umum emulsi baru dapat

dihilangkan apabila pertama-tama flokulasi

Gambar 2. Stabilisasi emulsi oleh adanya partikel padatan halus.

Gambar 3. Strategi menghilangkan emulsi.

Page 13: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

13

1. Pengendapan

Seperti yang dijelaskan sebelumnya bahwa emulsi tidak bisa dipisahkan dengan mudah

menggunakan hukum Stoke seperti pemisahan cairan-cairan pada umumnya. Untuk

emulsi yang kuat, waktu yang dibutuhkan agar emulsi pecah dan menggumpal

membentuk partikel besar, dibutuhkan waktu lebih dari satu hari untuk sampai benar-

benar terpisah antara fasa minyak dan air. Dalam praktiknya, untuk memenuhi kondisi ini,

dibutuhkan suatu tangki yang besar untuk memberikan waktu tinggal yang lama.

Metode ini tidak praktis untuk fasilitas yang tidak memiliki area yang luas seperti offshore

platform.

2. Pemanasan

Pemanasan dapat mempercepat pemisahan fasa dan memecahkan emulsi dengan cara

menurunkan viskositas sehingga dapat meningkatkan kecepatan penggumpalan dan

pengendapan sesuai persamaan hukum Stoke. Biasanya pemanasan dilakukan pada

rentang 60 - 80°C.

3. Pre-filter dan liquid-liquid coalescer

Metode ini cukup bisa diandalkan untuk menangani emulsi yang disertai dengan adanya

padatan (total suspended solid) yang tinggi. Sistem ini terdiri dari tiga tahapan yaitu pre-

filtrasi, penggumpalan, dan pengendapan. Tahapan pertama, pre-filtrasi, berguna untuk

mengurangi kandungan padatan (TSS) yang ada di campuran. Selain karena padatan

dapat memicu terjadinya emulsi, hilangnya padatan juga dapat memperpanjang umur

pakai dari elemen coalescer yang dipasang setelah tahap pre-filtrasi. Umumnya spesifikasi

prefilter yang dipakai sebesar 2 µm.

Gambar 4. Sistem pre-filter dan liquid-liquid coalescer.

Page 14: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

14

Tahap kedua adalah tahap utama, yaitu penggumpalan melalui media elemen coalescer.Tahap ini merupakan tahap pemisahan mekanis berdasarkan kemampuan mediacoalescer untuk menghilangkan gaya tolak pada partikel terdispersi sehingga partikel-partikel tersebut dapat tergumpal membentuk partikel yang lebih besar, sehingganantinya dapat lebih mudah dipisahkan secara gravitasi. Pada skala komersil, elemen inimenggunakan media multi lapisan terdiri dari susunan yang kompleks. Bahannya terbuatdari bahan polymer yang tidak memiliki efek disarming, memiliki efisiensi yang konstansepanjang waktu, serta dapat memisahkan emulsi yang sangat stabil (dengan teganganantarpermukaan serendah-rendahnya hingga sekitar 0.5 dyne/cm). Di tahap selanjutnya,terdapat segmen yang tidak memiliki internal pada bejana, yang berfungsi untukmemisahkan cairan-cairan secara gravitasi. Sistem ini cukup direkomendasikan karenatidak terlalu membutuhkan area yang besar untuk instalasinya serta sederhana karenatidak membutuhkan utilitas tambahan.

4. Electrocoalescence

Teknologi ini dilandaskan dari efek gaya elektrostatis dan efek shearing. Ketika medan listrikditerapkan di emulsi air-dalam-minyak, suatu partikel mengalami berbagai gaya sepertidijelaskan di Gambar 5. Berbagai jenis teknik pengolahan elektrostatis ini tersedia untukindustri, di antaranya medan AC, DC, AC/DC, modulasi, dan pulsed. Pemilihan yang tepatdapat membantu desainer untuk mengoptimalisasi laju pengolahan, temperatur, dosisinjeksi kimia, dan tegangan yang dipasang.

5. Injeksi kimia de-emulsifier

Bahan kimia yang biasanya bisa digunakan adalah koagulan, yang dapat merusak sifatpengemulsi dari suatu campuran. Bahan kimia tersebut bekerja dengan menetralisir faktoryang menstabilkan emulsi, yaitu muatan elektrik yang terakumulasi di partikel teremulsisehingga nantinya dapat mengalami penggumpalan menjadi partikel yang lebih besar.Gambar 6 mengilustrasikan bagaimana muatan listrik yang terakumulasi pada partikelteremulsi dapat dinetralisir dengan menyertakan muatan yang berlawanan melalui de-emulsifier.

Gambar 5. Gaya-gaya yang terjadi pada electrocoalescence.

Page 15: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

15

Injeksi juga bisa dilakukan dengan substansi pengatur pH, yang dapat membantu

mengubah sifat basah dari partikulat padatan agar lebih terbasahi. Dengan demikian

partikel minyak tidak akan mengikat dengan padatan lagi, sehingga dapat lebih mudah

dipisahkan dari air. Pengujian di lapangan sebaiknya harus dilakukan terlebih dahulu oleh

production chemist sebelum diterapkan di pabrik secara kontinyu agar insinyur proses

dapat menentukan titik-titik injeksi yang tepat untuk memberikan waktu tinggal yang

optimum untuk bahan kimia yang diinjeksikan, sekaligus memastikan tidak ada bahan

kimia lain di unit proses lainnya di pabrik yang tidak cocok dengan kimia de-emulsifier.

Referensi

1. Abdel-Raouf, M. –E. (2012). Crude Oil Emulsions-Composition Stability and

Characterization. [online] www.intechopen.com Available at:

http://www.intechopen.com/books/crude-oil-emulsions-composition-stability-and-

characterization/factors-affecting-the-stability-of-crude-oil-emulsions [Accessed 6 Feb.

2016].

2. Silset, A. (2008). Thesis: Emulsions (w/o and o/w) of Heavy Crude Oils.

Characterization, Stabilization, Destabilization, and Produced Water Quality.

(Trondheim, NTNU)

M. Ers Harry Yunashtanto mendapatkan gelar sarjananya dari Universitas

Indonesia pada tahun 2011. Saat ini, penulis bekerja sebagai processengineer di BP Indonesia. Disela-sela kesibukannya, penulis aktif

memberikan pelatihan Aspen Hysys di berbagai institusi akademik di

Indonesia. Penulis merupakan scholarship awardee dari LPDP dan akan

melanjutkan studi master di University of Manchester.

Gambar 6. Cara kerja de-emulsifier untuk memecah emulsi.

Page 16: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

16

Topik Utama

Pengembangan Proses

Penangkapan Partikulat di Udara

ini. Sebagai bukti, partikel saat ini banyak

ditemukan pada berbagai macam bahan

konsumsi, seperti peralatan, elektronik,

obat-obatan dan kosmetik, makanan,

peralatan pembersih kotoran dan limbah,

bahkan peralatan militer [1]. Oleh karena

itu, diperlukan cara dan teknologi untuk

menangkap partikel yang ada di udara.

Dalam tulisan ini, akan dibahas beberapa

cara untuk menangkap partikel

berdasarkan pengalaman penulis yang

telah lebih dari 10 tahun meneliti tentang

nanopartikel [2].

Ada beberapa cara untuk menangkap

partikel yang terbang di udara,

diantaranya cyclone, filter, filter bag, dan

electric field precipitator. Adapun gambar

ilustrasi dapat dilihat pada Gambar 1 [2,

3].

Asep Bayu Dani Nandiyanto

Universitas Pendidikan Indonesia

Pengetahuan untuk proses penangkapan

partikel di udara menjadi meningkat

dalam beberapa tahun belakangan ini.

Partikel dengan ukuran yang unik dan

bentuk yang bervariasi memiliki korelasi

dengan bagaimana caranya menangkap

partikel. Tulisan ini akan membahas

mengenai cara-cara menangkap partikel

yang memiliki berbeda ukuran.

Proses pengambilan partikel yang ada di

udara, saat ini telah menjadi hal yang

sangat penting dikarenakan jumlah

partikel di udara sangatlah banyak. Hal ini

juga berhubungan dengan penggunaan

partikel yang tidak terbatas jumlahnya saat

Gambar 1. Ilustrasi alat penangkap partikulat (gambar diadopsi dari referensi [2]).

Page 17: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

17

Alat lain yang bisa digunakan karena

kemampuannya untuk menangkap

partikel hingga ukuran pada area

nanometer adalah electrostatic-relatedparticle collector. Karena alat ini

menggunakan prinsip gaya elektrostatik,

partikel dengan ukuran beberapa

nanometer dapat ditangkap dengan

efisien. Tentu saja, karena gaya

elektrostatik ini, yield/perolehan yang

didapat bisa mencapai hingga 90% [9].

Selanjutnya, penelitian lebih lanjut

menunjukkan bahwa alat ini bisa ditingkat

efisiensinya, yaitu dengan penambahan

kontak dengan fluida. Modifikasi alat ini

dinamakan wet electrostatic fieldprecipitator [10].

Adapun informasi mengenai beberapa

jenis particle collectors beserta keterangan

tentang ukuran partikel, tipe, dan yield,

dapat dilihat pada Tabel 1. Namun,

informasi lebih jelas daripada jenis partikel

kolektor lain dapat dilihat di referensi lain

seperti Svarovsky [11] and Perry and

Green [12].

Untuk partikel berukuran besar, dimana

ukurannya lebih dari ratusan micrometer,

gravity settling dapat digunakan [4].

Namun, apabila partikel tersebut diprediksi

memiliki ukuran kurang dari puluhan

mikrometer, sistem peralatan gravitysettling tidak dapat digunakan.

Pada umumnya, untuk ukuran kecil, filterbiasanya digunakan. Tergantung ukuran

dari partikel yang akan dipisahkan, filtermemiliki keuntungan karena ukuran dan

tipe pori bisa diatur [5]. Tetapi, filtermemiliki banyak permasalahan,

diantaranya adalah masalah pressuredrop.

Untuk melawan pengaruh pressure drop,

penggunaan alat cyclone sangat

dianjurkan [6]. Sistem kerja alat ini juga

diketahui karena low cost dan sistem

desain yang sederhana [7]. Walaupun

begitu, metode ini memiliki kelemahan,

yaitu hanya bisa menangkap partikel yang

berukuran micrometer [8]. Tentu saja,

apabila partikel berada pada submicronatau lebih lagi dalam area nanometer, alat

ini tidak efisien.

Tabel 1. Beberapa tipe particle collector (table diadopsi dari referensi [2, 10]).

Tipe kolektorUkuran

partikulat (µm)Efisiensi (%)

Biaya

Alat/kapital Operasi

Gravity settling > 100 40 – 50 Rendah Rendah

Filter < 2 90 – 99 Sedang - tinggi Sedang - tinggi

Cyclone > 1 85 – 95 Sedang Sedang

Electrostatic

precipitator (ESP)

< 10 90 – 99 Tinggi Rendah - sedang

Wet electrostatic

precipitator (WESP)

<10 68 – 93 Tinggi Rendah - sedang

Page 18: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

18

11. L. Svarovsky, Solid - gas separation, in

Principles of Powder Technology, M.J.

Rhodes, Editor. 1990, John Wiley &

Sons, Ltd: Chichester. p. 171 - 192.

12. R. H. Perry, D. W. Green, and J. O.

Maloney, Perry's chemical engineers'

handbook. 1997: McGraw-Hill New

York.

A s e p B a y u D a n i

N a n d i y a n t o a d a l a h

seorang asisten profesor di

Depar temen K imia di

Universi tas Pendidikan

I n d o n e s i a ( U P I ) .

Ketertarikannya di bidang

riset tentang teknologi partikel dan

nanomaterial telah membawanya

mengunjungi berbagai pusat riset tentang

nanoteknologi di berbagai belahan dunia

dan beberapa penghargaan internasional

seperti SCEJ Award (Society of Chemical

Engineers Japan) for Outstanding Young

Researcher pada tahun 2014 dan juga

George Klinzing Award dari American

Institute of Chemical Engineers (AIChE).

Asep mendapatkan gelar Sarjana Teknik

dari Departemen Teknik Kimia Institut

Teknologi Bandung, dan gelar master dan

doktoral dari Hiroshima University.

Walaupun informasi mengenai

bagaimana cara untuk menangkap

partikel tidak banyak dibahas pada tulisan

ini, penulis berharap bahwa tulisan ini bisa

memotivasi dan memberikan gambaran

singkat mengenai bagaimana caranya

menangkap partikel yang ada di udara.

Referensi

1. T. Ogi, A. B. D. Nandiyanto, and K.

Okuyama, Adv. Powder Technol. 25,

3 (2014).

2. A. B. D. Nandiyanto and K. Okuyama,

Adv. Powder Technol. 22, 1 (2011).

3. R. Patel, M. Patel, and A. Suthar, Indian

J. Sci. Technol. 2, 44 (2009).

4. J. W. Thomas, J. Air Pollut. Assoc. 8,

32 (1958).

5. R. G. Stafford and H. J. Ettinger,

Atmos. Environ. 6, 353 (1972).

6. J. Dirgo and D. Leith, Aerosol Sci.

Technol. 4, 401 (1985).

7. J. Kim and K. Lee, Aerosol Sci. Technol.

12, 1003 (1990).

8. T. Chan and M. Lippmann, Environ.

Sci. Technol. 11, 377 (1977).

9. W. S. Cheow, S. Li, and K. Hadinoto,

Chem. Eng. Res. Des. 88, 673 (2010).

10. T.-M. Chen, C.-J. Tsai, S.-Y. Yan, and S.-

N. Li, Separation and Purification

Technology 136 (2014).

Page 19: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

19

Studi Kasus

Desain Dasar Kolom Zeotrop dan

Azeotrop pada Equilibrium Stages (bagian 1)

Pendahuluan

Distilasi adalah proses pemisahan

komponen dari suatu campuran likuid

dengan menggunakan prinsip evaporasi

dan kondensasi. Didalam kehidupan

sehari-hari, prinsip dasar pemisahan ini

bisa dilihat di kegiatan memasak air. Energi

(panas) di berikan untuk memanaskan air

dan sebagian dari air berubah fase

menjadi uap. Selama proses pemisahan,

sebagian energi hilang dikarenakan ikut

menjadi uap yang dibiarkan lepas dan

bercampur dengan lingkungan. Di

kegiatan sehari-hari, panas yang hilang ini

dianggap sebagai sesuatu yang tidak

penting, tetapi, jika dalam skala besar atau

dalam industri, tentunya ceritanya akan

berbeda.

Untuk meminimalkan panas yang hilang

karena lepas nya uap dan untuk membuat

proses pemisahan menjadi lebih efisien,

panas yang di lepas yang terdapat di uap,

di kontak kan kembali dengan likuid dan

ini menjadi dasar disti lasi kontinyu

(continuous distillation). Namun, untuk

merancang dist i las i kontinyu yang

melibatkan sejumlah tray atau staged imana uap dan l i ku id ber temu ,

dibutuhkan analisa secara keseluruhan

dan menimbukan pertanyaan, bagaimana

kita membuat model dari stage atau traytersebut? [3]. Salah satu modeling yang

Yus Donald Chaniago

Process Systems Design and Control Lab.

Yeungnam University

Proses kimia menurut sudut pandang

secara ilmiah adalah suatu metode yang

mengubah satu atau lebih bahan kimia

atau senyawa kimia. Proses kimia dapat

terjadi secara spontan atau disebabkan

pengaruh dari luar dan melibatkan reaksi

kimia. Dari sudut pandang engineering,

proses kimia adalah metode yang

ditujukan untuk membuat atau

menghasilkan suatu produk dalam skala

industri. Di dalam proses kimia dengan

skala industri atau bisa disebut sebagai

plant, terdapat berbagai unit operasi

seperti reaktor, unit pemurnian atau

separasi dan unit utilitas. Distilasi adalah

salah satu unit operasi industri kimia yang

menggunakan energi secara intensif

untuk proses pemurnian dan salah satu

unit operasi yang fundamental. Untuk

pabrik kimia tertentu, distilasi

menggunakan sekitar 40% dari total

konsumsi energi [1]. Hal ini menunjukkan

distilasi adalah proses yang banyak

menggunakan energi. Hal ini memicu

peneliti dan juga profesional untuk

meningkatkan efisiensi distilasi yang

membuat teknologi distilasi menjadi yang

paling berkembang diantara teknologi

pemisahan lainnya [2].

Page 20: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

20

Dimana 𝑦𝑖 adalah fraksi mol komponen ipada fase uap, 𝜙𝑉 adalah koefisien

fugacity fase uap dan P adalah tekanan

sistem. Untuk koefisien fugasitas fase likuid

(𝜙𝐿 ) dapat juga di definisikan sebagai

berikut:

𝑓𝑖𝐿 = 𝑥𝑖𝜙𝑖

𝐿𝑃

Koefisien aktivitas untuk fase likuid γ𝑖 dapat

didefinisikan juga sebagai berikut:

𝑓𝑖𝐿 = 𝑥𝑖𝛾𝑖𝑓𝑖

𝑜

Dimana, 𝑥𝑖 adalah fraksi mol komponen ipada fase likuid, dan 𝑓𝑖

𝑜 adalah fugasitas

komponen i pada keadaan standar. Untuk

keadaan tekanan yang sedang, 𝑓𝑖𝑜 dapat

di perkirakan dengan tekanan uap jenuh,

𝑃𝑖𝑆𝐴𝑇 , sehingga fugasitas fase likuid dapat

dinyatakan oleh persamaan berikut:

𝑓𝑖𝐿 = 𝑥𝑖𝛾𝑖𝑃𝑖

𝑆𝐴𝑇

Sehingga, pada kedaan setimbang atau

equilibrium, VLE dapat dinyatakan sebagai

berikut:

𝑦𝑖𝜙𝑖𝑉𝑃 = 𝑥𝑖𝛾𝑖𝑃𝑖

𝑆𝐴𝑇

Atau dapat juga di nyatakan dengan nilai

K :

𝐾𝑖 =𝑦𝑖𝑥𝑖=𝛾𝑖𝑃𝑖𝑆𝐴𝑇

𝜙𝑖𝑉𝑃

dapat digunakan yaitu menggunakankonsep equilibrium stage atauhypothetical zone dimana terjadikesetimbangan di antara dua fase yangterdiri dari fase uap dan likuid dari suatusubstansi. Pesamaan yang menggunakanmodel kesetimbangan, dikenal sebagaiMESH. M berarti material balance, E berartiequilibrium relationships, S berartisummation equation dan H berarti heatatau enthalpy balances.

Kesetimbangan vapor-liquid dantermodinamika distilasi

Untuk menyelesaikan persamaan MESH,dengan tambahan properti kalori,dibutuhkan pengetahuan yang akuratmengenai pola vapor-liquid equilibrium(VLE) [4]. Suatu kondisi di sistem uap likuiddimana suatu likuid dan uap nya (ataufase gas) berada dalam kesetimbangansatu dengan yang lain di sebut VLE. Padakondisi ini, laju penguapan (likuid berubahmenjadi uap) akan sebanding dengan lajukondensasi (perubahan uap menjadilikuid). Konsep berbeda yang melibatkanlaju perpindahan massa di sebut non-equilbrium atau perhitungan denganbasis rate (laju). Untuk VLE, fugasitas suatukomponen pada fase uap (𝑓𝑖

𝑉) sebandingdengan fugasitas suatu komponen padafase likuid (𝑓𝑖

𝐿).

𝑓𝑖𝑉 = 𝑓𝑖

𝐿

Kemudian, kesetimbangan di capai ketikakecendrungan perubahan dari fase uapdan likuid untuk komponen i adalah sama.Koefisien fugasitas fase uap (𝜙𝑉 ) dapatdidefinisikan sebagai:

𝑓𝑖𝑉 = 𝑦𝑖𝜙𝑖

𝑉𝑃

Page 21: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

21

menyebabkan campuran menjadi

azeotrop.

𝐾𝑖 =𝑦𝑖𝑥𝑖=𝛾𝑖𝑃𝑖𝑆𝐴𝑇

𝜙𝑖𝑉𝑃

Sehingga, pemilihan termodinamika untuk

suatu fluida sangat penting untuk

mendesain distilasi. Nilai γ dapat di

tentukan oleh metode NRTL atau metode

yang melakukan perhitungan aktivitas

likuid dan nilai 𝜙𝑉 dapat di tentukan oleh

metode equation of state (EOS), sebagai

contoh Peng-Robinson. Pemilihan paket

termodinamika ini harus dilakukan secara

teliti bedasarkan kondisi dan perilaku

campuran fluida. Kesalahan dalam

memilih paket termodinamika ini akan

menyebab kan kesalahan prediksi perilaku

fluida dan lebih lanjut kesalahan dalam

mendesain kolom distilasi [6].

Jika fase gas berperilaku ideal, maka 𝜙𝑖𝑉=1.

Koefisien aktivitas pada fase likuid

menentukan deviasi likuid. Jika γ𝑖=1, maka

likuid berperilaku ideal sehingga

kesetimbangan uap dan likuid sepadan

dengan hukum Raoult.

𝐾𝑖 =𝑦𝑖𝑥𝑖=𝑃𝑖𝑆𝐴𝑇

𝑃

Nilai γ𝑖<1 menyatakan deviasi negatif dari

h u k u m R a o u l t , s e d a n g k a n γ𝑖 > 1

menyatakan deviasi positif dari hukum

Raoult [5]. Sehingga secara umum,

pengaruh deviasi koefisien aktivitas fase

likuid dapat digambarkan pada Gambar 1.

Semakin γ mendekati nilai 1, maka dapat

disebut sebagai zeotrop, sedangkan

semakin jauh deviasi dari nilai ideal dapat

Gambar 1. Perilaku komponen berdasarkan aktivitas likuidnya.

Page 22: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

22

pendesainan kolom distilasi secara detail

belakangan ini.

Namun, pada saat ini, dengan

berkembangnya metode perhitungan

secara detail, pengimplementasian

prosedur grafik Mccabe-Thiele tidak

membutuhkan perkiraan CMO dan

diagram dapat dibuat dari suatu

perhitungan detail (rigorous) distilasi [8].

Metode McCabe-Thiele dapat

memprediksi mol fraksi suatu komponen

dengan hasil yang serupa dengan

pehitungan secara rigorous. Sebagai

contoh pemisahan campuran dua

komponen, aseton dan etanol dengan

menggunakan paket termodinamika

NRTL. Hasil prediksi metode McCabe-Thiele

memiliki kesamaan dengan hasil

perhitungan, dapat dilihat pada Gambar

2. Walaupun demikian, metode klasik

McCabe-Thiele hanya valid untuk dua

komponen.

Kondisi zeotrop

1. Metode McCabe-Thiele

Lebih dari 90 tahun yang lalu, McCabe

dan Thiele telah mengembangkan suatu

tekn ik so lus i yang kreat i f dengan

menggunakan grafik berdasarkan asumsi

Lewis constant molar overflow (CMO)

untuk desain distilasi yang rasional [7].

Metode ini hanya benar untuk dua

komponen yang memiliki persamaan dan

mol konstant panas laten penguapan.

Perubahan entalpi sensibel , panas

pencampuran, panas hilang dan juga

penurunan tekanan diabaikan. Dengan

banyaknya asumsi, metode klasik ini

memiliki keterbatasan dalam mendesain

kolom distilasi walaupun untuk dua

komponen. Walaupun begitu, metode ini

tetap dijadikan acuan dalam pembelajaran

untuk mendesain kolom distilasi yang

sangat sederhana. Metode yang di

sederhakan, seperti McCabe-Thiele, sudah

s an g a t j a r a n g d i g u n a k a n d a l am

Gambar 2. Komposisi profil likuid yang didapat menggunakan teknik McCabe-Thiele dan

perhitungan rigorous tampak serupa.

Page 23: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

23

N𝑚𝑖𝑛 adalah jumlah minimum pada

theoretical stage, αAB adalah relativevolatility antara A dan B. Untuk sistem

multi komponen, jika satu atau lebih

komponen terdapat di hanya salah satu

produk, maka terjadi pemisahan di titik

pinch di masing-masing bagian strippingdan rectifying. Untuk masalah ini,

Underwood mengembangkan analisa

alternatif untuk menemukan rasio refluxminimum [9]. Persamaan Underwood

mengasumsi relative volatility dan molarflow adalah konstan diantara zona

komposisi konstan. Persamaan

Underwood terdiri dari dua persamaan,

yang pertama untuk menemukan akar

dari persamaan (θ).

𝑖=1

𝑁𝐶𝛼𝑖𝑗𝑥𝑖,𝐹𝛼𝑖𝑗 − 𝜃

= 1 − 𝑞

Nilai 𝛼𝑖𝑗 adalah relative volatility, 𝑥𝑖,𝐹adalah fraksi mol komponen i pada

umpan, θ adalah akar persamaan, qadalah kondisi feed (umpan), jika likuid

jenuh q =1, jika uap jenuh q =0 dan NCadalah jumlah komponen. Setelah akar

persamaan ditemukan, dilanjutkan ke

persamaan selanjutnya untuk

menemukan reflux minimum 𝑅𝑚𝑖𝑛.

𝑅𝑚𝑖𝑛 + 1 =

𝑖=1

𝑁𝐶𝛼𝑖𝑗𝑥𝑖,𝐷𝛼𝑖𝑗 − 𝜃

Persamaan Fenske dan Underwood

mengasumsi relative volatility adalah

konstan. Relative volatility dapat dikalkulasi

d a r i k o m p o s i s i u m p a n , t e t a p i

2. Metode Fenske-Underwood-Gilliland

(multi komponen)

Di Industri, pada umumnya proses distilasi

melibatkan dengan atau lebih dari dua

komponen. Pemisahan multi komponen

tetap menggunakan tipe distilasi yang

sama, reboiler, condenser, heat exchangerdan lainnya. Namun ada beberapa

perbedaan yang fundamental pada sistem

multi komponen, yaitu degree of freedomyang sama tidak dicapai karena adanya

kehadiran komponen lainnya. Komponen-

komponen yang memiki kemurnian

fraksionasi tertentu di distilasi dan produk

berat disebut sebagai komponen kunci

(key components). Komponen yang

memiliki volatility yang tinggi disebut lightkey (LK), sebaliknya, komponen dengan

volatility rendah disebut heavy key (HK).

Beberapa metode short-cut digunakan

untuk pehitungan sistem multi komponen.

Secara umum meliputi estimasi jumlah trayminimum, estimasi laju minimum refluxdan jumlah stage untuk reflux terbatas

untuk fractionator sederhana.

Fenske (1932) adalah yang pertama kali

mendapatkan persamaan untuk

menghitung jumlah tray minimum pada

distilasi multi komponen pada reflux total.

Penuruan persamaan berdasarkan asumsi

bahwa stage adalah equilibrium dan

perbandingan (relative) volatility adalah

konstan. Persamaan Fenske adalah

sebagai berikut:

Page 24: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

24

3. Perbandingan desain kolom distilasi

dengan perhitungan manual vs.

simulasi short-cut vs. simulasi rigorous

Walaupun metode perhitungan komputer

secara detail telah tersedia untuk

menyelesaikan masalah pemisahan multi-

komponen, metode approximate (short-cut) tetap di gunakan pada permasalahan

praktis. Software perhitungan komersial

seperti Aspen Hysys, Aspen Plus, PRO/II,

dan lain-lain menawarkan perhitungan

secara short-cut dan rigorous (detail)

dengan akurasi yang tinggi dan waktu

yang singkat, namun perhitungan secara

manual di butuhkan untu proses

pembelajaran.

Sebagai contoh, desain kolom distilasi

untuk pemurnian n-butana dan i-pentana

[5]. Suatu kolom distilasi beroperasi pada

tekanan 14 bar dengan kondisi umpan

likuid jenuh 1000 kmol/hr dengan

komposisi pada table dibawah yang akan

dipisahkan ke produk atas 99% n-butana

produk/umpan dan 95% i-pentana di

produk bawah. Relative volatility juga

terdapat di Tabel 1.

kemungkinan tidak mewakili di

keseluruhan kolom. Jika VLE berperilaku

ideal, maka:

𝛼𝑖𝑗 = 𝑃𝑖𝑆𝐴𝑇

𝑃𝑗𝑆𝐴𝑇

𝑃𝑆𝐴𝑇 , adalah tekanan uap pelarut murni

yang dapat di hitung dari persamaan

Antoine:

ln𝑃𝑆𝐴𝑇 = 𝐴 −𝐵

𝐶 + 𝑇

Metode terakhir untuk metode

approximate atau short-cut adalah korelasi

Gilliland yang dapat memperkirakan

jumlah stage pada kondisi reflux terbatas

dengan perkiraan nilai dari reflux terbatas

itu. Adapun korelasinya adalah:

𝑌 =𝑁 −𝑁𝑚𝑖𝑛𝑁 + 1

, 𝑋 =𝑅 − 𝑅𝑚𝑖𝑛𝑅 + 1

Dimana X, Y adalah parameter korelasi, Nadalah jumlah aktual dari theoreticalstages, 𝑁𝑚𝑖𝑛 adalah jumlah minimum

theoretical stages, R adalah rasio refluxaktual dan 𝑅𝑚𝑖𝑛 adalah rasio refluxminimum. Dengan beberapa percobaan,

korelasi secara aljabarnya adalah:

𝑌= 0,2788 − 1,3154𝑋 + 0,4114𝑋0,2910

+ 0,8268ln𝑋 + 0,9020𝑙𝑛 𝑋 +1

𝑋

Tabel 1. Relative volatility beberapa

komponen.

Komponen 𝑓𝑖 (kmol/h) 𝛼𝑖𝑗

propana 30,30 16,50

i-butana 90,70 10,50

n-butana (LK) 151,20 9,04

i-pentana (HK) 120,90 5,74

n-pentana 211,70 5,10

n-heksana 119,30 2,92

n-heptana 156,30 1,70

n-oktana 119,60 1,00

Page 25: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

25

a. Hitung jumlah stage minimum dengan menggunakan persamaan Fenske.

b. Estimasi komposisi produk atas dan bawah dengan menggunakan persamaan Fenske.

c. Kalkulasi rasio reflux minimum menggunakan persamaan Underwood.

Dengan menggunakan data diatas, permasalahan dapat di selesaikan:

a. 𝑟𝐿,𝐷 = 0.,99 , 𝑟𝐻,𝐵 = 0,95 , 𝛼𝐿𝐻= 1,5749

𝑁𝑚𝑖𝑛 =log

0,991 − 0,99

.0,951 − 0,95

log 1.5749

𝑁𝑚𝑖𝑛 = 16.6

b. Dengan menggunakan komponen heavy key sebagai referensi:

𝑑𝐻𝑏𝐻=1 − 𝑟𝐻,𝐵𝑟𝐻,𝐵

=1 − 0,95

0,95= 0,05263

𝑑𝑖 =

𝛼𝑖𝑗𝑁𝑚𝑖𝑛𝑓𝑖

𝑑𝑗𝑏𝑗

1 + 𝛼𝑖𝑗𝑁𝑚𝑖𝑛 𝑑𝑗𝑏𝑗

untuk propana:

𝑑𝑖 =2,87516,6 𝑥 30,3 𝑥 0,05263

1 + 2,87516,6 𝑥 0,05263

𝑑𝑖 = 30,30 𝑘𝑚𝑜𝑙. ℎ𝑟−1

𝑏𝑖 = 𝑓𝑖 − 𝑑𝑖

𝑏𝑖 = 30,30 − 30,30

𝑏𝑖 = 0 𝑘𝑚𝑜𝑙. ℎ−1

Page 26: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

26

c. Reflux minimum:

Umpan = likuid jenuh; q =1

𝑖=1

𝑁𝐶𝛼𝑖𝑗𝑥𝑖,𝐹𝛼𝑖𝑗 − 𝜃

= 0

Tabel 2. Distribusi komponen.

Komponen 𝑑𝑖 𝑏𝑖 𝑥𝑖,𝐷 𝑥𝑖,𝐵

propana 30,30 0 0.1089 0

i-butana 90,62 0,08 0,3257 0,0001

n-butana (LK) 149,69 1,51 0,5380 0,0021

i-pentana (HK) 6,05 114,86 0,0217 0,1591

n-pentana 1,55 210,15 0,0056 0,2911

n-heksana 0 119,30 0 0,1653

n-heptana 0 156,30 0 0,2165

n-oktana 0 119,60 0 0,1657

Total 278,21 721,80 0,9999 0,9999

𝑥𝐹,𝑖 𝛼𝑖𝑗 𝛼𝑖𝑗𝑥𝑖,𝐹

𝛼𝑖𝑗𝑥𝑖,𝐹

𝛼𝑖𝑗 − 𝜃

𝜃 =7,0 𝜃 =7,3 𝜃 =7,2 𝜃 =7,2487

0,0303 16,5 0,5000 0,0526 0,0543 0,0538 0,0540

0,0907 10,5 0,9524 0,2721 0,2796 0,2886 0,2929

0,1512 9,04 1,3668 0,6700 0,7855 0,7429 0,7630

0,1209 5,74 0,6940 -0,5508 -0,4449 -0,4753 -0,4600

0,2117 5,10 1,0797 -0,5682 -0,4908 -0,5141 -0,5025

0,1193 2,92 0,3484 -0,0854 -0,0795 -0,0814 -0,0805

0,1563 1,70 0,2657 -0,0501 -0,0474 -0,0483 -0,0479

0,1196 1,00 0,1196 -0,0199 -0,0190 -0,0193 -0,0191

-0,2797 0,0559 -0,0532 0,0000

Page 27: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

27

Solusi untuk persamaan kedua Underwood

𝑅𝑚𝑖𝑛 + 1 =

𝑖=1

𝑁𝐶𝛼𝑖𝑗𝑥𝑖,𝐷𝛼𝑖𝑗 − 𝜃

𝑅𝑚𝑖𝑛 + 1 = 3,866

𝑅𝑚𝑖𝑛 = 2,866

Untuk mengetahui jumlah tray pada refluk tertentu. Korelasi Gilliland dapat digunakan.

Dengan menggunakan 𝑅𝑚𝑖𝑛 dari hasil sebelum nya. Misalnya 𝑅 𝑅𝑚𝑖𝑛= 1,1

𝑅 2,866 = 1,1

𝑅 = 3,153

𝑋 =𝑅 − 𝑅𝑚𝑖𝑛𝑅 + 1

𝑋 =3,153 − 2,866

3,153 + 1

𝑋 = 0,0691

𝑥𝐷,𝑖 𝛼𝑖𝑗 𝛼𝑖𝑗 𝑥𝑖,𝐷𝛼𝑖𝑗𝑥𝑖,𝐷𝛼𝑖𝑗 − 𝜃

0,1089 16,5 1,7970 0,1942

0,3257 10,5 3,4202 1,0520

0,5380 9,04 4,8639 2,7153

0,0217 5,74 0,1247 -0,0827

0,0056 5,10 0,0285 -0,0133

0 2,92 0 0

0 1,70 0 0

0 1,00 0 0

3,8655

Page 28: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

28

Dengan menggunakan rumus Y sebelum nya, subsitusi nilai X:

𝑌 = 0,2788 − 1,3154𝑋 + 0,4114𝑋0,2910 + 0,8268ln𝑋 + 0,9020𝑙𝑛 𝑋 +1

𝑋

𝑌= 0,2788 − 1,3154 𝑥 0,0691 + 0,4114 𝑥 0,06910,2910 + 0,8268 ln 0,0691

+ 0,9020𝑙𝑛 0,0691 +1

0,0691

𝑌 = 0,5822

Substitusi nilai Y ke persamaan:

𝑌 =𝑁 − 𝑁𝑚𝑖𝑛𝑁 + 1

0,5822 =𝑁 − 16,6

𝑁 + 1

𝑁 = 41,1

Jadi, jumlah tray aktual teoritis adalah 42.

Berikut, perbandingan hasil perhitungan manual dan dengan menggunakan program

simulasi Aspen Hysys (short-cut dan rigorous).

i. Komponen distilat - Fraksi mol

Komponen Perhitungan manual Short-cut Rigorous

propana 0,1089 0,1088 0,1086

i-butana 0,3257 0,3254 0,3250

n-butana 0,5380 0,5375 0,5365

i-pentana 0,0217 0,0217 0,0220

n-pentana 0,0056 0,0065 0,0079

n-heksana 0 0 0

n-heptana 0 0 0

n-oktana 0 0 0

Page 29: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

29

ii. Komponen produk bawah - Fraksi mol

iii. Perbandingan perhitungan FUG secara manual dan program simulasi

Metode approximate (FUG) digunakan sebagai desain cepat untuk kolom distilasi

sederhana pada campuran zeotrop. Untuk lebih lanjut, diluar topik tulisan ini, desain

distilasi sekarang ini sudah meliputi distilasi yang lebih maju, seperti proses intensifikasi dari

distilasi dengan menggunakan teknik thermally couple atau dividing wall column (DWC)

yang dapat mengurangi konsumsi energi dan biaya kapital [10]. Metode FUG masih

dapat dijadikan acuan untuk desain awal DWC sebelum dilanjutkan dengan desain

secara rigorous.

(bersambung).

Referensi

1. Humphrey, J.L., Keller, II, G. E., Separation Process Technology, McGraw-Hill, New

York, 1997.

2. Olujic, Z., Jödecke, M., Shilkin, A., Schuch, G., Kaibel, B.,Chem. Eng. Process. 48 (2009)

1089.

3. Taylor, R., Krishna, R., Kooijman, H., Real-World Modelling of Distillation. Reaction and

Separations.

Komponen Perhitungan manual Short-cut Rigorous

propana 0 0 0

i-butana 0,0001 0,0001 0

n-butana 0,0021 0,0021 0,0021

i-pentana 0,1591 0,1592 0,1592

n-pentana 0,2911 0,2909 0,2906

n-heksana 0,1653 0,1653 0,1655

n-heptana 0,2165 0,2166 0,2168

n-oktana 0,1657 0,1658 0,1659

Perhitungan manual Short-cut

Jumlah stage minimum 17 16

Reflux minimum 2.866 2.716

Jumlah stage teoritis 42 40

Page 30: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

30

4. Gmehling, J., Kleiber, M., Vapor-Liquid Equilibrium and Physcal Properties for

Distillation, Distillation Fundamentals and Prinsciples.

5. Smith, R., Chemical Process Design and Integration

6. Carlson, E. C., Don’t Gamble with Physical Properties For Simulations.

7. McCabe, W.L., and Thiele, E. W., Graphical Design of Fractionating Column, Ind. Eng.

Chem., 17, pp. 605-611 (1925).

8. Marthias, P.M., Visualizing the McCabe-Thiele Diagram. Reaction and Separations.

9. Wankat, P. C., Equilibrium Staged Separations: Separations for Chemical Engineers,

Elsevier (1988).

10. Chaniago, Y.D., Potensi Kolom Distilasi Berpartisi untuk Penghematan Energi di Proses

Industri Kimia. Energi Nusantara, April 2015, 64-69.

Yus Donald Chaniago adalah kandidat Ph.D bidang Teknik Kimia di

Yeungnam University, Korea Selatan. Saat ini, Yus juga menjabat CTO dari

Cognoscente (www.cscente.com). Yus menerima gelar sarjana dan

magisternya dari Universitas Sriwijaya. Bidang penelitian yang digelutinya

saat ini adalah perancangan desain dan optimasi kolom distilasi

Page 31: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi

31

Page 32: Topik Utama - zapthegreat.files.wordpress.com · Ketiga senyawa ini membentuk ternary azeotrop di titik G yang merupakan campuran yang dapat terpisah (heterogen). Proses dua distilasi