Download - Dasar Teori Destilasi Crude Oil
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