BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Tujuan Percobaan

1. Untuk melakukan destilasi fraksinasi dari minyak mentah

2. Untuk mempelajari penggunaan bubble tray column

3. Untuk mempelajari fenomena yang terjadi pada kilang minyak

4. Untuk menghubungkan antara struktur senyawa kimia terhadap sifatnya

1.2 Dasar Teori

1.2.1 Crude oil

Minyak mentah atau crude oil adalah cairan coklat kehijauan sampai hitam

yang terutama terdiri dari karbon dan hidrogen. Teori yang paling umum digunakan

untuk menjelaskan asal-usul minyak bumi adalah “organic source materials”.

Teori ini menyatakan bahwa minyak bumi merupakan produk perubahan secara

alami dari zat-zat organik yang berasal dari sisa-sisa tumbuhan dan hewan yang

mengendap selama ribuan sampai jutaan tahun. Akibat dari pengaruh tekanan,

temperatur, kehadiran senyawa logam dan mineral serta letak geologis selama

proses perubahan tersebut, maka minyak bumi akan mempunyai komposisi yang

berbeda di tempat yang berbeda. Minyak bumi ditemukan bersama-sama dengan

gas alam. Minyak bumi yang telah dipisahkan dari gas alam disebut juga minyak

mentah (crude oil).

Minyak bumi dalam bahasa inggris ‘petroleum’, dari bahasa Latin petrus–

karang dan oleum–minyak), atau disebut juga sebagai emas hitam, adalah cairan

kental, coklat gelap, atau kehijauan yang mudah terbakar yang berada di lapisan

atas dari beberapa area kerak bumi. Minyak bumi terdiri dari campuran kompleks

dari berbagai hidrokarbon, sebagian besar meruapakan deret senyawa alkana,

bervariasi dalam komposisi dan kemurniannya.

Minyak bumi erat kaitannya dengan produk-produk petrokimia. Hal ini

disebabkan dalam minyak bumi terkandung bahan-bahan selain karbon, yaitu

hidrogen sulfur, nitrogen, oksigen, dan lain-lain. Minyak mentah dapat dibedakan

menjadi:

Minyak mentah ringan (light crude oil) yang mengandung kadar logam dan

belerang rendah, berwarna terang dan bersifat encer (viskositas rendah).

Minyak mentah berat (heavy crude oil) yang mengandung kadar logam dan

belerang tinggi, memiliki viskositas tinggi sehingga harus dipanaskan agar meleleh.

Struktur hidrokarbon yang ditemukan dalam minyak mentah:

1. Alkana (parafin) CnH2n + 2

Alkana ini memiliki rantai lurus dan bercabang, fraksi ini merupakan

yangterbesar di dalam minyak mentah.

2. Siklo alkana (napten) CnH2n

Sikloalkana ada yang memiliki cincin 5 (lima) yaitu siklopentana ataupun

cincin 6

(enam) yaitu sikloheksana.

3. Aromatik CnH2n-6

Aromatik memiliki cincin 6 (enam).Aromatik hanya terdapat dalam jumlah

kecil, tetapi sangat diperlukan dalam bensin karena :

- Memiliki harga anti knock yang tinggi

- Stabilitas penyimpanan yang baik

- Dan kegunaannya yang lain sebagai bahan bakar (fuel)

Tabel 1. Fraksi – fraksi dan fraksionasi minyak mentah

Temperatur Komponen

≤ 35°C Gas –gas seperti metana, etana, propana, dan butana

35 – 100 °C Petroleum eter

100 – 180 °C Bensin (heavy gasoline)

180 – 250 °C Minyak tanah (kerosin)

250 – 400 °C Heating oil

400 – 550 °C Fraksi berat seperti lilin, spindel oil, dan minyak pelumas

>500 °C Residu untuk aspal (bitumen) dan arang minyak bumi.

1.2.2 Destilasi

Destilasi merupakan suatu teknik pemisahan campuran dalam fase cair yang

homogen dengan cara penguapan dan pengembunan, sehingga diperoleh destilat

(produk destilasi) yang relatif lebih banyak mengandung komponen yang lebih

volatil (mudah menguap) dibanding larutan semula yang lebih sukar menguap.

Campuran dari masing-masing komponen dapat terpisahkan karena adanya

perbedaan titik didih diantara zat-zatnya. Pada proses ini cairan berubah menjadi uap

yang merupakan zat yang mempunyai titik didih lebih rendah dari titik didih zat

lainnya. Kemudian uap ini didinginkan dalam kondensor yang di luarnya ada aliran

air yang mengalir dari bawah ke atas sehingga dapat mendinginkan uap.Pada

pendinginan ini, uap mengembun menjadi cairan murni yang disebut destilat.

Model ideal destilasi didasarkan pada Hukum Raoult dan Hukum Dalton.

Pemisahan senyawa dengan distilasi bergantung pada perbedaan tekanan uap

senyawa dalam campuran. Tekanan uap campuran diukur sebagai kecenderungan

molekul dalam permukaan cairan untuk berubah menjadi uap. Jika suhu dinaikkan,

tekanan uap cairan akan naik sampai tekanan uap cairan sama dengan tekanan uap

atmosfer. Pada keadaan itu cairan akan mendidih. Suhu pada saat tekanan uap cairan

sama dengan tekanan uap atmosfer disebut titik didih. Cairan yang mempunyai

tekanan uap yang lebih tinggi pada suhu kamar akan mempunyai titik didih lebih

rendah daripada cairan yang tekanan uapnya rendah pada suhu kamar. Faktor yang

mempengaruhi dalam proses destilasi yaitu suhu atau pemanasan. Berikut jenis

destilasi berdasarkan prosesnya yaitu:

1. Destilasi Batch

Destilasi batch ini merupakan salah satu jenis operasi yang tak tunak (unsteady).

Jika dilakukan satu kali proses, yakni bahan dimasukkan dalam peralatan, diproses

kemudian diambil hasilnya (distilat dan residu).

2. Destilasi Kontinyu

Destilasi kontinyu terjadi jika prosesnya berlangsung terus-menerus. Ada aliran

bahan masuk sekaligus aliran bahan keluar. Rangkaian alat distilasi yang banyak

digunakan di industri adalah jenis tray tower dan packed tower.

Berdasarkan jenisnya destilasi dibagi dalam beberapa jenis yaitu:

1. Destilasi Sederhana

Pada distilasi sederhana, dasar pemisahannya adalah perbedaan titik didih yang

jauh atau dengan salah satu komponen bersifat volatil. 

2. Destilasi Uap

Tipe khusus atau spesial dari sebuah distilasi untuk suatu bahan yang sensitif

terhadap suhu seperti senyawa aromatik yang biasanya terdapat didalam minyak

atsiri.

3. Destilasi Fraksionasi

Fungsi distilasi fraksionasi adalah memisahkan komponen-komponen cair, dua atau

lebih, dari suatu larutan berdasarkan perbedaan titik didihnya.Distilasi ini juga

dapat digunakan untuk campuran dengan perbedaan titik didih kurang dari 20 °C

dan bekerja pada tekanan atmosfer atau dengan tekanan rendah.

4. Destilasi Kering

Prinsipnya memanaskan material padat untuk mendapatkan fasa uap dan cairnya.

Distilasi kering biasanya membutuhkan suhu yang lebih tinggi dibanding distilasi

biasa. Metode ini dapat digunakan untuk memperoleh bahan bakar cair dari

batubara dan kayu. Selain itu, distilasi kering juga digunakan untuk memecah

garam-garam mineral.

1.2.3 Bubble Tray Column

Kolom destilasi memiliki panjang 370 mm yang terbuat dari gelas kaca dengan dua

tray didalamnya. Kolom ini terpisah dengan bagian bawahnya yang merupakan labu leher

dua berkapasitas 2 liter. Labu leher dua ini merupakan tempat umpan minyak mentah

untuk dipanaskan pada proses destilasi. Leher kedua dari labu ini akan menjadi tempat

untuk meletakkan termokopel debagai alat ukur temperatur. Pada kolom destilasi juga

terdapat tempat meletakkan termokopel untuk mengukur besarnya temperatur pada bagian

bottom (T1), tray 1, (T2), tray 2, (T3), top (T4), dan heater (T5).

1.2.3.1 Kondensor

Uap dari bagian puncak kolom destilasi selanjutnya akan melewati kondensor yang

berbentuk coil in shell sepanjang 370 mm. Air pendingin akan mengisi bagian dalam koil,

sedangkan uap produk akan melewati bagian shell nya. Laju alir pendingin harus

disesuaikan dengan kapasitas panas yang akan dipindahkan.

Gambar 1. Kondensor

1.2.3.2 Distillation Bridge

Distillation Bridge memiliki ukuran diameter sebesar 25 mm dengan dua

sambungan yakni dengan kolom destilasi dan kondensor. Alat ini juga memiliki koneksi

untuk dipasangkan termokopel atau termometer dibagian atasnya.

Distillation Bridge berfungsi sebagai penghubung antara kolom fraksinasi dengan

kondensor sekaligus memperbesar waktu tinggal uap sebelum masuk kedalam kondensor.

Gambar 2. Distillation Bridge

1.2.3.3 Pemanas

Pemanas yang digunakan dalam destilasi unit ini adalah jenis heating mold dengan

dimensi panjang 80 cm, lebar 70 cm, dan tinggi 90 cm. Autoclave pada pemanas ini

bekerja pada tegangan 220 V dan kuat arus 10 A. Karena tidak dilengapi dengan motor

pengaduk yang berfungsi sebagai pemutar magnetic strirrer bar, maka dalam praktiknya

dianjurkan untuk menggunakan batu didih untuk menyeragamkan temperatur didalam labu

leher dua sehingga menghindari terjadinya letupan.

Gambar 3. Pemanas

1.2.3.4 Distillation Adapter dan Receiver

Setelah kondensor, unit destilasi akan terhubung dengan Distillation Adapter dan

Receiver yang dilengkapi dengan koneksi jalur vakum (pompa vakum). Fraksi ringan yang

terkondensasi pada kondensor akan keluar melalui Distillation Adapter dan ditampung ke

tempat penampungan sampel Receiver (bisa berupa labu erlenmeyer). Koneksi ini terbuat

dari kaca gelas pyrex dengan panjang 140 mm dan berdiameter 25 mm, serta jalur koneksi

vakum berdiameter 8 mm.

Gambar 4. Distillation Adapter

1.2.3.5 Unit Vakum

Pengoperasian unit destilasi ini berada dibawah kondisi vakum yang dikondisikan

dengan double jet vacum. Pengkondisian ini dimaksudkan untuk membantu proses destilasi

dalam mengalirkan komponen – komponen ringan kepuncak kolom destilasi kemudian

masuk kedalam kondensor dan tempat penampungan.

Uni vakum ini terdiri dari sebuah pompa sirkulasi, double jet vacum, dan bak

penampungan air sirkulasi. Pompa sirkulasi mengalirkan air dari bak penampungan

menuju ke dalam dua unit jet vakum dan juga ke dalam koil kondensor sebagai air

pendingin. Pompa ini adalah pompa jenis sentrifugal yang memiliki daya 1000 watt, 220

V, dan 50 Hz.

Double jet vacum adalah dua unit barometric condenser yang berfungsi untuk

menciptakan keadaan vakum bagi unit destilasi. Prinsipnya adalah mengalirkan air ke

dalam suatu bejana dengan bantuan nozzle sehingga air mengalir dengan kecepatan yang

tinggi dengan demikian bejana tersebut akan berada dalam keadaan vakum. Untuk

selanjutnya, vakum dalam bejana akan terhubung dengan unit destilasi melalui saluran

khusus.

1.2.3.6 Unit Sirkulasi Air Pendingin

Unit sirkulasi air pendingin merupakan satu kesatuan dengan dengan unit vakum

diamana air yang dipompakan dari bak penampungan akan dialirkan juga menuju

kondensor. Hal yang perlu diperhatikan adalah kestabilan dan laju alir air pendinginan ini

agar tidak mempengaruhi proses destilasi saat berjalan.

1.2.3.7 Termokopel

Termokopel digunakan untuk mengukur temperatur dalam unit destilasi ini.

Termokopel yang digunakan pada unit destilasi ini adalah termokopel tipe K tanpa probe

dan dapat mengukur temperatur dengan rentang -200 °C hingga 1200 °C. Unit destilasi ini

menggunakn 4 buah termokopel (T1, T2, T3, dan T4) dan akan terhubung dengan digital

display dan akan terekam secara otomatis pada PLC. Termokopel ini tentunya menjadi

pengendali temperatur saat percobaan destilasi minyak mentah yang mencapai temperatur

yang diinginkan.

Gambar 5. Termokopel

1.2.4 Specific Gravity

Specific Gravity (SG) merupakan perbandingan densitas suatu fluida terhadap

fluida standar (reference). Di dalam proses pengolahan migas, istilah ini banyak dijumpai

terutama berkaitan dengan analisis karakteristik atau spesifikasi feed dan produk.

Fluida standar untuk zat cair adalah air dengan densitas 1 atau 1000

(densitas terbesar pada suhu 3,98 °C). Sedangkan untuk gas, fluida standarnya adalah

udara dengan berat molekul 28,964 . SG zat cair diukur dengan hydrometer. Pada

pengukurannya, selain menggunakan hydrometer, digunakan juga termometer untuk

mengetahui temperatur fluida saat diukur.Hal ini sangat penting karena SG berubah seiring

perubahan temperatur. SG merupakan perbandingan densitas zat terhadap densitas zat

standar. Densitas merupakan perbandingan masa zat dengan volume zat. Volume zat

sangat dipengaruhi oleh suhu. Kenaikan suhu akan mengakibatkan pemuaian zat sehingga

volumenya bertambah. Dengan demikian densitas zat yang sama pada temperatur yang

lebih tinggi akan lebih rendah. Oleh karenanya besarnya SG zat tersebut pun berubah.

1.2.5 Bensin

Bensin adalah salah satu jenis bahan bakar minyak yang dimaksudkan untuk

kendaraan bermotor roda dua, tiga, dan empat.Secara sederhana, bensin tersusun dari

hidrokarbon rantai lurus, mulai dari C6 sampai dengan C11. Dengan kata lain, bensin terbuat

dari molekul yang hanya terdiri dari hidrogen dan karbon yang terikat antara satu dengan

yang lainnya sehingga membentuk rantai. Bensin memiliki titik didih antara 100°C sampai

dengan 180°C.

Komponen utama penyusun bensin adalah n-heptana dan isooktana.Kualitas bensin

dapat ditentukan berdasarkan bilangan oktan, yaitu angka yang menunjukkan presentase

isooktana dalam bensin.Bilangan oktan 75 menandakan bensin terdiri dari 75% isooktana

dan 25% heptana. (Nisva, 2014)

Berdasarkan Lampiran Keputusan Direktur Jenderal Minyak dan Gas Bumi No.

933.K/10/DJM.S/2013 dapat diketahui melalui pengolahan data bahwa angka specific

grafity standar untuk bensin dengan angka oktan 88 yaitu minimal 0,7156 dan maksimal

0,7707.

1.2.6 Kerosin

Minyak tanah atau kerosin merupakan fraksi dari minyak bumi pada tingkat titik

didih diantara 180 oC sampai dengan 250 oC. kerosin memiliki rentang rantai karbon C12

sampai dengan C14. Bahan bakar ini merupakan fraksi diantara fraksi bensin dan fraksi

minyak solar.Minyak tanah yang digunakan sebagai bahan bakar memiliki komposisi yang

sebagian besar mengandung hidrokarbon alkana. Jika bahan bakar ini dibakar akan

memberikan nyala yang terang, dengan api berwarna putih. Komponen utama kerosin

adalah parafin, cycloalkanes (naphtha) serta senyawa aromatik, dimana parafin adalah

komposisi terbesar, seperti yang ditunjukkan Tabel 2 Kerosin tersusun sekurang-kurangnya

atas 12 karbon tiap molekul.

Tabel 2. Komposisi minyak tanah

Tipe Hidrokarbon %volume

Parafin – parafin

Normal 23

Bercabang 16

Monosiklik 31

Disiklik 11

Trisiklik 0

Aromatik – aromatik

Mononuklear 15

Dinuklear 3

Minyak tanah atau kerosin adalah bahan bakar minyak jenis distilat tidak berwarna

dan jernih. Kerosin merupakan produk minyak bumi dengan berat jenis antara 0,79-0,83

gr/cm3 pada 60 °F.

1.2.7 Solar

Solar adalah bahan bakar mesin diesel. Solar memiliki titik didih antara 250 °C sampai dengan 400 °C dan memiliki rantai karbon C15

sampai dengan C17. Solar tidak dapat menguap pada suhu tersebut dan bagian minyak bumi lainnya akan terbawa ke atas untuk diolah kembali. Umumnya, solar mengandung belerang dengan kadar yang cukup

tinggi. Kualitas minyak solar dinyatakan dengan bilangan setana. Angka setana adalah tolak ukur kemudahan menyala atau terbakarnya suatu bahan bakar di dalam mesin diesel.Saat ini, Pertamina telah memproduksi bahan bakar solar ramah lingkungan dengan merek dagang Pertamina DEX© (Diesel Environment Extra). Angka setana DEX dirancang memiliki angka setana minimal 53 sementara produk solar yang ada di pasaran adalah 48. Bahan bakar ramah lingkungan tersebut memiliki kandungan sulfur maksimum 300 ppm atau jauh lebih rendah dibandingkan solar di pasaran yang kandungan sulfur maksimumnya mencapai 5.000 ppm. (Sasrawan, 2013)

Berdasarkan Lampiran Keputusan Direktur Jenderal Minyak dan Gas Bumi No.

002/P/D.M/Migas/1979 dapat diketahui angka specific grafity standar untuk solar yaitu

minimal 0,820 dan maksimal 0,870.

1.2.8 Hidrometer

Hidrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur berat jenis (atau kepadatan

relatif) dari cairan, yaitu rasio kepadatan cairan dengan densitas air.

Pengoperasian hidrometer didasarkan pada prinsip Archimedes bahwa tersuspensi pada

fluida akan didukung oleh kekuatan sama dengan berat fluida yang dipindahkan. Dengan

demikian, semakin rendah kerapatan zat tersebut, maka hidrometer akan tenggelam

Gambar 6. Pembacaan hidrometer

BAB II

METODOLOGI

2.1 Alat dan Bahan

2.1.1 Alat yang digunakan

1. Satu set alat destilasi fraksinasi

2. Gelas kimia 250 ml

3. Gelas ukur 100 ml dan 250 ml

4. Erlenmeyer 250 ml

5. Thermometer

6. Batang pengaduk

7. Aluminium Foil

8. Hydrometer Specific Gravity dengan skala 0,7 sampai 1

2.1.2 Bahan yang digunakan

1. Crude Oil

2. Solar

3. Minyak Tanah

4. Bensin

5. Aquadest

6. Es Batu

7. Silicon grease

2.2 Prosedur Kerja

1.2.1 Persiapan Bahan Baku danUnit Sirkulasi Air Pendingin

1. Membersihkan heater dengan lap basah

2. Melepasakan labu destilasi yang berisi crude oil pada unit destilasi

3. Mencampurkan bahan seperti solar, minyak tanah, dan bensin masing-masing

sebanyak 250 ml kedalam labu destilasi yang telah berisi crude oil.

4. Membuang air dalam reservoir tank dan menggantinya/mengisi dengan air yang

baru dan bersih.

5. Memasukkan 4 buah es batu kedalamnya, dan menjaga level ketinggian air pada

reservoir tank agar air tidak tumpah.

1.2.2 Pengoperasian Alat Destilasi Fraksinasi

1. Mengoleskan setiap sambungan pada unit destilasi menggunakan silicon

grease

2. Memasang kembali labu destilasi yang sudah berisi campuran pada unit

destilasi

3. Memasang erlenmeyer sebagai penampung top product yaitu bensin

4. Mengatur proses pemvakuman dengan memutar valve pada kondensor

sebanyak ½ bukaan dan untuk valve vacum ½ bukaan

5. Menghubungkan alat dengan sumber arus listrik

6. Memutar tombol power pada posisi ON

7. Memutar tombol Heater pada posisi ON dan mengatur temperatur pada 400 C

secara manual dengan menekan tombol “^” sampai display akan berubah naik

sesuai dengan temperatur yang diinginkan.

8. Memutar tombol vacuum pada posisi ON

9. Mencatat temperatur pada bagian bottom (T1), Tray 1 (T2), Tray 2 (T3), top

(T4), dan heater (T5) setiap 10 menit. Pengamatan temperatur dilakukan dengan

menekan tombol select untuk melihat temperatur tiap bagian.

10. Mengambil produk pada tray 1 dan tray 2 kemudian menampungnya kedalam

gelas kimia 250 ml dan ditutup alumunium foil sampai diperoleh volume pada

setiap fraksi hasil destilasi mencapai volume 120 ml.

11. Menurunkan temperatur pemanas pada temperatur ruang sekitar 29 °C apabila

proses destilasi selesai. Setelah temperatur control menunjukkan temperatur di

bawah 100 °C, mematikan pemanas dengan memutar tombol heater dan vacum

ke posisi OFF dan display akan mati

12. Memutar tombol power pada posisi OFF

13. Melepaskan alat dari sumber listrik

14. Melakukan uji specific gravity masing-masing produk destilat dengan metode

ASTM D.1298-99

1.2.3 Analisa Spesific Gravity (ASTM D.1298-99)

1. Memasukkan produk solar kedalam gelas ukur 100 ml sebanyak 120 ml

2. Memasukkan batang pengaduk, kemudian mengaduknya hingga rata

3. Mengangkat batang pengaduk dan memasukkan termometer, kemudian

mencatat temperaturnya.

4. Memasukkan Hidrometer Specific Gravity skala 0,7 – 1 ke dalam gelas ukur

secara perlahan.

5. Membaca skala pada hidrometer apabila sudah terapung bebas dan stabil

6. Mengoreksi nilai Sg yang diperoleh dari praktikum dengan menggunakan

Correction Table for Specific Gravity Hydrometer 60°F/60 °F

7. Mengulangi langkah nomor 1 sampai 6 untuk menguji nilai Sg pada produk

minyak tanah dan bensin.

LAMPIRAN

BAB III

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Data Pengamatan

Tabel 1. Data Temperature tiap 5 menit

No t (menit) T1 (Bottom)oC

T2 (Tray 1)oC

T3 (Tray 1)oC

T4 (Top)oC

T5 oC

1 5 121 32 177,8 31 271

2 10 150 76 178 32 295

3 15 179 107 106 35 308

4 20 204 127 178,1 38 318

5 25 225 143 178,2 43 324

6 30 230 155 110 85 329

7 35 237 165 119 85 334

8 40 247 175 148 80 339

9 45 264 186 153 63 343

10 50 278 201 151 55 349

11 55 284 231 154 52 352

12 60 290 236 158 50 355

13 65 290 218 160 49 357

14 70 292 223 158 48 363

15 75 295 218 163 48 364

16 80 295 217 162 48 3666

17 85 300 234 164 48 367

18 90 299 228 169 48 370

19 95 299 236 73 48 370

20 100 300 230 62 48 371

21 105 301 228 59 49 372

22 110 301 222 58 48 372

No t (menit) T1 (Bottom)oC

T2 (Tray 1)oC

T3 (Tray 1)oC

T4 (Top)oC

T5 oC

23 115 301 218 57 49 372

24 120 301 228 59 50 373

25 125 303 222 56 49 373

Tabel 2. Warna Hasil Destilasi

Lokasi Warna Jenis Zat

Bottom Hitam Crude Oil

Tray 1 Cokelat Bening Solar

Tray 2 Tidak Berwarna Kerosin

Top Tidak Berwarna Bensin

Tabel 3. Berat Jenis Hasil Destilasi

Lokasi Volume (mL) Massa (g) Berat Jenis (g/mL)

Tray 1 10 8,5106 0,8511

Tray 2 10 8,1552 0,8155

Top 10 7,1051 0,7105

3.2 Pembahasan