BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Distilasi

Destilasi merupakan suatu perubahan cairan menjadi uap dan uap tersebut di

dinginkan kembali menjadi cairan. 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 air. Destilasi sederhana atau destilasi biasa adalah teknik

pemisahan kimia untuk memisahkan dua atau lebih komponen yang memiliki

perbedaan titik didih yang jauh. Suatu campuran dapat dipisahkan dengan destilasi

biasa ini untuk memperoleh senyawa murni (Walangare, 2013).

Distilasi adalah sistem perpindahan yang memanfaatkan perpindahan massa.

Masalah perpindahan massa dapat diselesaikan dengan dua cara yang berbeda.

Pertama dengan menggunakan konsep tahapan kesetimbangan dan kedua atas dasar

proses laju difusi. Distilasi dilaksanakan dengan rangkaian alat berupa kolom

sehingga dengan pemanasan komponen dapat menguap, terkondensasi, dan

dipisahkan secara bertahap berdasarkan tekanan uap / titik didihnya. Proses ini

memerlukan perhitungan tahap kesetimbangan. Destilasi merupakan istilah lain dari

penyulingan. Menurut kamus besar bahasa Indonesia edisi II (1995) penyulingan diartikan

sebagai "proses mendidihkan zat cair dan mengembunkan uap sera menampung embun

didalam wadah yang lain". Hassan Shadily (1984) memberikan pengertian tentang destilasi

sebagai "proses pemanasan suatu bahan pada pelbagai temperature, tanpa kontak dengan

udara luar , untuk memperolah hasil tertentu"(Abdullah, 2011).

Proses pemisahan sistem biner adalah proses dimana laju umpan masuk hanya

mengandung dua jenis komponen. Pemisahan biner umumnya dilakukan pada

percobaan, tetapi pada kebanyakan industri digunakan multikomponen.

Contoh distilasi biner yang umum adalah kolom dengan laju umpan berupa

campuran benzena dan toluena. Pada tekanan atmosfer, benzena mendidih pada 80,1

°C; toluena mendidih pada 110,8 °C. hal ini menyebabkan benzena bersifat lebih

volatile dibandingkan toluene. Apabila campuran benzena dan toluena dibanaskan

sampai bubble point, maka benzena akan menguap. Apabila campuran mengandung

50% benzena dan 50% toluena, uap akan mengandung lebih dari 50% benzena dan

kurang dari 50% toluena.

Pada distilasi, istilah “ringan” dan “berat” digunakan untuk membedakan

komponen-komponen. Tetapi saat digunakan pada distilasi, istilah tersebut tidak

mencerminkan berat, densitas dan hal lain yang berhubungan dengan massa.

Komponen ringan adalah komponen yang lebih volatil; komponen berat adalah

komponen yang kurang volatil.

Pada distilasi biner, komponen ringan dan berat akan muncul pada kedua aliran

produk. Komponen yang muncul pada kedua aliran produk dinamakan “komponen

terdistribusi”. Pada perkiraan Hengstebeck, hanya yang ringan dan berat yang

terdistribusi, asumsi yang diambil adalah sebagai berikut:

1. Semua komponen laju alir yang lebih ringan keluar dengan produk distilat.

Umumnya, komponen-komponen ini adalah gas yang tidak dapat berkondensasi.

2. Semua komponen laju alir yang lebih berat keluar dengan produk bawah.

Umumnya, komponen-komponen ini adalah cairan nonvolatil.

(Smith, 2012)

2.2 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses Distilasi

Distilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan kimia

berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan.

Dalam penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini

kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih

lebih rendah akan menguap lebih dulu.

Faktor yang berpengaruh pada proses distilasi adalah jenis bahan yang

didistilasi, temperatur, volume bahan dan waktu distilasi. Namun faktor yang paling

berpengaruh adalah temperatur. Untuk mempermudah dalam mengontrol temperatur

pada alat distilasi maka diperlukan system instrumentasi yang menggunakan

komputer (Lestari, 2010).

2.3 Kesetimbangan Uap-Cair

kesetimbangan uap cair merupakan data termodinamika yang diperlukan dalam

perancangan dan pengoperasian kolom-kolom distilasi. Data kesetimbangan uap cair

dapat diperoleh melalui eksperiment dan pengukuran. Pada suatu suhu tertentu, zat

tertentu memiliki suatu tekanan parsial yang merupakan titik kesetimbangan dinamis

gas zat tersebut dengan bentuk cair atau padatnya. Titik ini adalah tekanan uap

tersebut pada suhu tersebut. Adapun tujuan dari percobaan ini adalah menentukan

komposisi uap cair pada kondisi setimbang dan membandingkan data percobaan

dengan persamaan Raoult.

Seperti pada kesetimbangan umumnya, kesetimbangan uap cair dapat ditentukan

ketika ada variabel yang tetap (konstan) pada suatu waktu tertentu. Saat

kesetimbangan model ini, kecepatan antara molekul-molekul campuran yang

membentuk fase uap sama dengan kecepatan molekul-molekulnya membentuk cairan

kembali. Data kesetimbangan uap cair merupakan data termodinamika yang

diperlukan dalam perancangan dan pengoperasian kolom-kolom distilasi. Contoh

nyata penggunaan data termodinamika kesetimbangan uapcair dalam berbagai

metoda perancangan kolom distilasi packed column dan try column. Percobaan

langsung yang betul-betul lengkap baru dapat diperoleh dari serangkaian metoda

pengukuran, selain itu percobaan langsung seperti itu memerlukan waktu yang

banyak dan biaya yang besar. Sehingga cara yang umum ditempuh adalah mengukur

data tersebut pada beberapa kondisi kemudian meringkasnya dalam bentuk model-

model matematik yang relatif mudah diterapkan dalam perhitungan-perhitungan

komputer.

Dalam sebuah campuran dua fasa uap-cair pada kesetimbangan, suatu komponen dalam fasa berada dalam kesetimbangan dengan komponen yang sama dalam fasa lain. Hubungan kesetimbangan tergantung kepada suhu, tekanan, dan komposisi campuran tersebut (Aslandi, 2013).

2.4 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kesetimbangan Uap-Cair

Pada sebuah wadah tertutup dengan fasa uap dan cair pada kesetimbangan

termodinamika akan terbentuk paling sedikit dua campuran komponen pada masing-

masing fasa. Komponen-komponen tersebut terdistribusi di antara fasa tergantung

dari kevolatilan relatif masing-masing. Rasio distribusi untuk komponen i campuran

dapat didefinisikan menggunakan fraksi mol:

Ki = Yi / Xi

dimana persamaan ini digunakan untuk menyatakan kondisi kesetimbangan.

Nilai K, yang dikenal sebagai rasio perbandingan kesetimbangan uap-cair, digunakan

secara luas khususnya dalam industri petroleum dan petrokimia. Untuk semua

campuran dengan dua komponen i dan j, kevolatilan relatif komponen tersebut,

sering disebut nilai alfa, didefinisikan sebagai:

Kevolatilan relatif, α, adalah hasil pengukuran langsung dari separasi dengan

distilasi. Apabila α = 1, maka pemisahan komponen tidak mungkin terjadi, karena

komponen fase uap dan cair adalah sama. Pemisahan dengan distilasi menjadi mudah

seiring dengan bertambahnya nilai kevolatilan relatif. Pemisahan distilasi dengan

nilai α kurang dari 1,2 umumnya sulit dilakukan; untuk nilai α yang lebih dari 2

umumnya mudah dilakukan (Kirk dan Othmer, 1998b).

2.5 Aplikasi dalam Industri

2.5.1 ‘’Ethanol-Air Dari Hasil Fermentasi Rumput Gajah’’

Salah satu alat yang digunakan untuk memperoleh data kesetimbangan

antara fase liquida dan fase gas adalah Glass Othmer Still. Adapun hal – hal yang

berpengaruh dalam sistem ksetimbangannya yaitu : Tekanan (P), Suhu (T),

konsentrasi komponen A dalam fase liquid (x) dan konsentrasi komponen A

dalam fase uap (y). Pada penelitian ini digunakan bahan baku etanol dari hasil

fermentasi rumput gajah dengan kadar etanol 96% dan etanol Pro Analisis

dengan kadar 99,8%. Dari data yang diperoleh,dibuat kurva kesetimbangan uap –

air sistem biner etanol – air. Analisis bahan baku dan produk menggunakan

spektrofotometer pharo 100, atau Gas Kromatografi (GC). Dari penelitian sistem

biner yang telah dilakukan oleh peneliti terdahulu, dalam penelitian tersebut

masih diperlukan kesetimbangan uap-air sistem biner untuk menghasilkan data

yang benar dan model korelasi yang dapat di aplikasikan untuk memperkirakan

kesetimbangan uap-air sistem multikomponen (Wiryanto & Teddy, 1998).

Sedangkan pada penelitian yang dila- Berkala Ilmiah Teknik Kimia Vol 1, No 1,

April 2012 35 kukan Hadi Supardi dengan sistem terner Aseton– n-Butanol-

Etanol (ABE) pada tekanan atmosfir, diperoleh data kesetimbangan uap-air

sistem terner dan dapat mengetahui pengaruh tekanan terhadap kesetimbangan.

Jadi untuk memperoleh data kesetimbangan uap-air bisa menggunakan sistem

biner maupun terner.

Kurva kesetimbangan uap-cair sistem biner etanol-air yang dihasilkan

dengan bahan baku etanol teknis penyimpangannya lebih besar dibandingkan

penggunaan bahan baku etanol pro analitis, karena etanol teknis mengandung

kadar air dan impuritis yang tinggi, sehingga penyimpangan terjadi saat

mendekati titik azeotropik. Kurva kesetimbangan uap-cair sistem biner etanol-air

hasil penelitian dengan bahan baku etanol teknis mendekati data literatur pada

saat variabel berubah 0,2 dan 0,4 fraksi mol etanol. Kurva kesetimbangan uap-

cair sistem biner etanol-air hasil penelitian dengan bahan baku etanol pro analitis

mendekati data literatur pada saat variabel berubah 0,85 dan 0,9 fraksi mol etanol

(Sari, 2012).

2.5.2 Flowchart Aplikasi

Gambar 2.3 Flowchart Ethanol-Air Dari Hasil Fermentasi Rumput Gajah

(Sari, 2012)

Selesai

Hasil fasa cair dan fasa uap di analisis

Mulai

Disiapkan Larutan ethanol (1) – air (2)

masukkan larutan melalui bagian atas still sampai boilling still terisi kurang lebih ¾ bagian

Alirkan kran air sehingga air mengalir melalui kondensor

Panaskan boilling still

Amati perubahan temperatur melalui thermometer

Uap Terbentuk

terjadi recycle dari kondensat chamber ke boilling still

Setelah suhu T konstan, catat suhu