operasi teknik kimia...d. jenis-jenis peralatan penukar panas ..... 51 e. pengoperasian peralatan...

OPERASI TEKNIK KIMIA

(C3) KELAS XII

Fitriyani Yetti Handayani

Wahid Sujarwo

PT KUANTUM BUKU SEJAHTERA

OPERASI TEKNIK KIMIASMK/MAK Kelas XII© 2020Hak cipta yang dilindungi Undang-Undang ada pada Penulis.Hak penerbitan ada pada PT Kuantum Buku Sejahtera.

Penulis : Fitriyani Yetti Handayani Wahid SujarwoEditor : Ely YuliatiDesainer Kover : Achmad FaisalDesainer Isi : Putri Ari KristantiTahun terbit : 2020ISBN : 978-623-7591-44-3

Diterbitkan oleh PT Kuantum Buku SejahteraAnggota IKAPI No. 212/JTI/2019Jalan Pondok Blimbing Indah Selatan X N6 No. 5 Malang - Jawa TimurTelp. (0341) 438 2294, Hotline 0822 9951 2221; Situs web: www.quantumbook.id

Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apapun, baik secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam atau dengan sistem penyimpanan lainnya, tanpa izin tertulis dari PT Kuantum Buku Sejahtera.

iii

Daftar Isi

Prakata ..................................................................................................................... viBab 1 Peralatan Distilasi Sederhana .......................................................................... 1 A. Mengenal Distilasi ............................................................................................................. 2 B. Konsep Kesetimbangan Uap-Cairan .......................................................................... 2 C. Metode Distilasi .................................................................................................................. 7 D. Macam-Macam Teknik Distilasi .................................................................................... 7 E. Prinsip Kerja Distilasi ........................................................................................................ 12 F. Fungsi Distilasi Sederhana ............................................................................................. 13 G. Peralatan Distilasi Sederhana ........................................................................................ 13 H. Pengoperasian Distilasi Sederhana ............................................................................ 14 I. Parameter yang Harus Diatur ........................................................................................ 15 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 18

Bab 2 Peralatan Distilasi Jenis Menara Isian ............................................................. 21 A. Mengenal Distilasi Fraksionasi ...................................................................................... 22 B. Prinsip Kerja Distilasi ........................................................................................................ 22 C. Peralatan Distilasi Fraksionasi ...................................................................................... 24 D. Perhitungan Kolom Distilasi .......................................................................................... 31 E. Pengoperasian Distilasi Jenis Menara Isian ............................................................... 34 F. Parameter yang Harus Diatur ........................................................................................ 34 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 37

Bab 3 Peralatan Penukar Panas Sederhana ............................................................... 41 A. Mengenal Perpindahan Panas ....................................................................................... 42 B. Mekanisme Perpindahan Panas ................................................................................... 42 C. Sistem Aliran Penukar Panas ......................................................................................... 50 D. Jenis-Jenis Peralatan Penukar Panas .......................................................................... 51 E. Pengoperasian Peralatan Penukar Panas .................................................................. 57 F. Sistem Kontrol dalam Peralatan Penukar Panas ..................................................... 58 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 61

Bab 4 Peralatan Penukar Ion Sederhana ................................................................... 65 A. Mengenal Proses Pertukaran Ion ................................................................................. 66 B. Fungsi Proses Pertukaran Ion ........................................................................................ 67 C. Macam-Macam Proses Pertukaran Ion ...................................................................... 67 D. Jenis-Jenis Resin Penukar Ion ....................................................................................... 68 E. Hal-Hal yang Memengaruhi Proses Pertukaran Ion ............................................... 69 F. Mekanisme (Tahap-Tahap) Proses Pertukaran Ion ................................................. 70 G. Alat-Alat Proses Pertukaran Ion ..................................................................................... 70 H. Mengoperasikan Alat Penukar Ion .............................................................................. 72 I. Mengganti Resin Penukar Ion ....................................................................................... 76 J. Merawat Alat Penukar Ion .............................................................................................. 77 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 80

iv

Bab 5 Peralatan Evaporasi .......................................................................................... 85 A. Mengenal Evaporasi ........................................................................................................ 86 B. Aplikasi Evaporasi .............................................................................................................. 86 C. Faktor-Faktor Evaporasi .................................................................................................... 87 D. Jenis-Jenis Peralatan Evaporasi ..................................................................................... 88 E. Mengoperasikan Peralatan Evaporasi ......................................................................... 92 F. Perhitungan dalam Evaporasi ........................................................................................ 96 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 100

Bab 6 Peralatan Kristalisasi ......................................................................................... 105 A. Mengenal Kristalisasi ....................................................................................................... 106 B. Aplikasi Kristalisasi ............................................................................................................ 107 C. Klasifikasi Kristalisasi ........................................................................................................ 107 D. Jenis-Jenis Peralatan Kristalisasi .................................................................................... 108 E. Mengoperasikan Peralatan Kristalisasi ....................................................................... 111 F. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kristalisasi ....................................................... 113 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 116

Bab 7 Peralatan Filtrasi ................................................................................................ 121 A. Mengenal Filtrasi ............................................................................................................... 122 B. Tujuan Filtrasi ...................................................................................................................... 123 C. Filter Medium ...................................................................................................................... 123 D. Prinsip Kerja Filtrasi ............................................................................................................ 123 E. Klasifikasi Filtrasi ................................................................................................................. 124 F. Jenis-Jenis Filter .................................................................................................................. 125 G. Pengoperasian Peralatan Filtrasi ................................................................................... 132 H. Faktor-Faktor yang Memengaruhi Filtrasi ................................................................. 133 I. Perhitungan Filtrasi ........................................................................................................... 134 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 136

Bab 8 Peralatan Pengeringan ..................................................................................... 141 A. Mengenal Pengeringan .................................................................................................. 142 B. Prinsip Proses Pengeringan ............................................................................................ 142 C. Klasifikasi Alat Pengering ................................................................................................ 143 D. Jenis-Jenis Alat Pengering .............................................................................................. 143 E. Pengoperasian Pengering ............................................................................................... 150 F. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pengeringan .................................................. 150 G. Perhitungan Pengeringan ............................................................................................... 151 H. Alat Kontrol dalam Pengeringan .................................................................................. 152 Uji Kompetensi ............................................................................................................................. 156

v

Bab 9 Pengukuran Kelembaban ................................................................................. 161 A. Mengenal Kelembaban ................................................................................................... 162 B. Beberapa Istilah dalam Kelembaban .......................................................................... 162 C. Prinsip Pengukuran Kelembaban ................................................................................. 163 D. Macam-Macam Pengukuran Kelembaban ................................................................ 165 E. Peralatan untuk Operasi Humidifikasi ................................................................. 166 F. Peralatan Pengukuran Kelembaban ............................................................................ 168 G. Pelaksanaan Pengukuran Kelembaban ...................................................................... 169 Uji Kompetensi .............................................................................................................................. 171

Glosarium.......... ................................................................................................................. 175Daftar Pustaka ................................................................................................................... 178Biodata Penulis .................................................................................................................. 182Biodata Konsultan ............................................................................................................. 184Tim Kreatif.......... ................................................................................................................ 185

vi

Prakata

Pembelajaran abad 21 memiliki karakteristik atau prinsip-prinsip: (1) pendekatan pembelajaran berpusat pada peserta didik; (2) peserta didik dibelajarkan untuk mampu berkolaborasi; (3) materi pembelajaran dikaitkan dengan permasalahan yang dihadapi dalam kehidupan sehari-hari, pembelajaran harus memungkinkan peserta didik terhubung dengan kehidupan sehari-hari mereka; dan (4) dalam upaya mempersiapkan peserta didik menjadi warga negara yang bertanggung jawab. Salah satu pendekatan pembelajaran yang dapat mengakomodir karakteristik pembelajaran abad 21 tersebut adalah pendekatan Science, Technology, Engineering, and Mathematics atau disingkat dengan STEM. STEM merupakan suatu pendekatan dimana sains, teknologi, enjiniiring, dan matematika diintegrasikan dengan fokus pada proses pembelajaran pemecahan masalah dalam kehidupan nyata. Pembelajaran STEM memperlihatkan kepada peserta didik bagaimana konsep-konsep, prinsip-prinsip sains, teknologi, enjiniring, dan matematika digunakan secara integrasi untuk mengembangkan produk, proses, dan sistem yang memberikan manfaat untuk kehidupan manusia. Untuk menyiapkan peserta didik Indonesia memperoleh keterampilan abad 21, yaitu keterampilan cara berpikir melalui berpikir kritis, kreatif, mampu memecahkan masalah dan mengambil keputusan serta cara bekerja sama melalui kolaborasi dan komunikasi, maka pendekatan STEM diadopsi untuk menguatkan impelementasi Kurikulum 2013. Pendekatan STEM diyakini sejalan dengan ruh Kurikulum 2013 yang dapat diimplementasikan melalui penggunaan model pembelajaran berbasis proyek (Project Based Learning). Buku Operasi Teknik Kimia Kelas XII ini disusun berdasarkan tuntutan paradigma pengajaran dan pembelajaran kurikulum 2013 dan dipakai sebagai sumber belajar peserta didik karena isinya yang lengkap, padat informasi, dan mudah dipahami. Dalam buku ini dijelaskan teori dan praktek tentang peralatan distilasi sederhana, peralatan distilasi jenis menara isian, peralatan penukar panas sederhana, peralatan penukar ion sederhana, peralatan evaporasi, peralatan kristalisasi, peralatan filtrasi, peralatan pengeringan dan pengukuran kelembaban. Sebagai latihan, peserta didik akan mengoperasikan peralatan unit operasi tersebut. Malang, Februari 2020

Penulis

Peralatan Distilasi Sederhana 1

1BAB

Setelah mempelajari materi, peserta didik mampu1. memahami konsep distilasi sederhana;2. menerapkan konsep kesetimbangan uap-cair;3. menerapkan metode distilasi;4. memilih macam-macam teknik distilasi;5. menerapkan prinsip kerja distilasi sederhana;6. menerapkan fungsi distilasi sederhana;7. memilih peralatan distilasi sederhana;8. mengoperasikan peralatan distilasi sederhana; dan9. menerapkan parameter yang harus diatur dalam distilasi sederhana.

Tujuan Pembelajaran

Peralatan Distilasi Sederhana

3.10 Menerapkan peralatan distilasi sederhana sesuai SOP4.10 Mengoperasikan peralatan distilasi sederhana sesuai SOP

Kompetensi Dasar

Operasi Teknik Kimia2

Seringkah Anda menggunakan aquades atau air suling? Kebutuhan aquades dalam suatu laboratorium terutama laboratorium kimia hampir dipastikan mutlak diperlukan. Misalnya, untuk membuat suatu larutan, Anda membutuhkan air yang bersih bebas logam atau pengotor lainnya yang disebut air distilasi atau yang dikenal dengan aquades. Sesuai namanya, aquades diperoleh dengan proses distilasi.

Selain di laboratorium, air distilasi ini juga dibutuhkan sebagai sumber air. Misalnya, Anda mengolah air laut untuk dijadikan air minum. Hal ini akan sangat membantu dalam pelayaran sehingga dengan teknik distilasi ini para pelayar tidak perlu lagi membawa stok air bersih. Mereka hanya melakukan proses distilasi untuk mendapatkan air bersih.

A. Mengenal Distilasi

Distilasi atau penyulingan adalah proses pemisahan larutan cair-cair menjadi komponen-yang mempunyai karakteristik mudah menguap (volatil) dan mempunyai perbedaan tekanan uap. Perbedaan tekanan uap menyebabkan perbedaan titik didih sehingga dapat disebut distilasi adalah proses pemisahan dengan perbedaan didik didih.

Pada distilasi pemisahan dilakukan dengan menggunakan panas sebagai pemisah atau separating agent. Jika suatu larutan yang terdiri dari dua buah komponen yang mudah menguap (campuran alkohol-air, campuran garam-air, dan larutan sejenis dididihkan), fase uap yang terbentuk akan mengandung komponen yang lebih mudah menguap dalam jumlah yang relatif lebih banyak dibandingkan dengan fase cair. Adanya perbedaan komposisi antara fase cair dan fase uap ini merupakan syarat utama agar pemisahan dengan distilasi dapat dilakukan. Pemisahan dengan distilasi tidak dapat dilakukan jika komposisi fase uap sama dengan komposisi fase cair.

B. Konsep Kesetimbangan Uap-Cairan

Soal-soal distilasi dapat diselesaikan jika ada data kesetimbangan uap-cairan sistem yang dikenakan distilasi. Data kesetimbangan uap-cairan berupa tabel atau diagram. Tiga macam diagram kesetimbangan yang biasa dipakai adalah diagram titik didih, diagram kesetimbangan uap-cairan, dan diagram entalpi komposisi.1. Diagram Titik Didih Diagram titik didih adalah diagram yang menyatakan hubungan antara temperatur

atau titik didih dengan komposisi uap dan cairan yang berkesetimbangan. Diagram titik didih dapat digambar seperti di bawah ini.


Uap+

Cairan

Uap

Kurva uap jenuh

Kurva cairan jenuh

Cairan

M R

PQ

S V W

T U

tB

tA

Tem

pera

tur

0 1,0

Fraksi mol A

Gambar 1.1 Diagram titik didihSumber: Hardjono, 1984

Diagram di atas menunjukkan diagram titik didih suatu campuran biner yang terdiri dari komponen A dan B pada suatu tekanan tertentu. Ordinat menunjukkan temperatur, sedangkan absis adalah komposisi yang berarti fraksi mol komponen A yang lebih mudah menguap. Pada tA menunjukkan titik didih komponen A murni, sedangkan tB menunjukkan titik didih komponen B murni. Dalam diagram tersebut terdapat dua buah kurva, yaitu kurva cairan jenuh (kurva titik gelembung/bubble point) dan kurva uap jenuh (kurva titi embun/dew point). Kedua kurva ini membagi daerah di dalam diagram menjadi tiga bagian, yaitua. daerah di bawah kurva cair jenuh yaitu daerah satu fase cairan;b. daerah di atas kurva uap jenuh yaitu daerah satu fase uap; danc. daerah berada di antara dua kurva yaitu daerah dua fase yaitu fase uap dan

cairan. Jika larutan pada komposisi M dipanaskan, larutan tersebut akan mendidih pada P dan uap yang terbentuk mempunyai komposisi sesuai titik Q. Dari diagram terlihat bahwa uap Q mengandung komponen yang lebih mudah menguap, yaitu komponen A yang relatif lebih banyak daripada fase cair. Kalau uap Q diembunkan dan embunannya didinginkan akan diperoleh titik R. Karena di dalam uap terdapat komponen yang lebih mudah menguap relatif lebih banyak terhadap cairannya, titik didih cairan yang ketinggalan akan naik sesuai dengan kurve cairan jenuh. Uap yang terbentuk setiap saat akan berubah-ubah sesuai dengan kurva uap jenuh. Jika distilasi dihentikan pada saat cairan mendidih pada T, uap terakhir mempunyai komposisi sesuai dengan titik U. Cairan yang ketinggalan setelah didinginkan akan ditunjukkan oleh titik S, sedangkan uap U setelah diembunkan dan didinginkan akan ditunjukkan oleh titik V. Susunan embunan rata-rata terletak antara R dan V, yaitu titik W. Hal itu terlihat bahwa dengan distilasi larutan yang mempunyai komposisi sesuai dengan titik M akan dipisahkan menjadi larutan S dan embunan yang sesuai dengan titik W. Larutan yang pertama akan lebih kaya terhadap komponen B, sedangkan yang kedua akan lebih kaya A. Jika pekerjaan di


atas diulang-ulang, pekerjaan ini disebut distilasi bertingkat. Hasil akhirnya adalah larutan yang kaya akan A dan larutan yang kaya terhadap B.

2. Hukum RaoultHukum Raoult mengatakan bahwa pada temperatur tertentu, tekanan parsial suatu komponen di dalam larutan adalah sama dengan hasil kali tekanan uap tersebut dalam keadaan murni dengan fraksi mole komponen tersebut dalam larutan. Karena tekanan uap komponen murni mempunyai harga tertentu pada suatu temperatur tertentu, jadi menurut hukum ini tekanan parsial komponen akan sebanding dengan fraksi mole komponen tersebut dalam cairan. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.

PA = PAo.xA (1-1)Keterangan:PA = tekanan parsial komponen APA

o = tekanan uap komponen A murnixA = fraksi mole komponen A dalam larutanUntuk campuran biner yang terdiri dari komponen A dan B, komponen B dapat dituliskan sebagai berikut.

PB = PBo.xB = PBo.(1-xA) (1-2)Hukum Raoult hanya berlaku untuk larutan ideal, yaitu larutan yang komponen-komponennya mempunyai sifat kimia yang serupa dan saling tidak mengadakan interaksi. Misalnya, larutan benzen – toluen, larutan n-heksan – n-heptan. Untuk larutan seperti air-etanol tidak mengikuti hukum Raoult. Dalam keadaan tertentu, diagram titik didih dapat dihitung dari data tekanan uap komponen murni dengan menggunakan hukum Raoult dan hukum Dalton. Hukum Dalton yang berlaku untuk gas ideal mengatakan bahwa tekanan total merupakan jumlah tekanan parsial komponen-komponennya. Dapat dituliskan sebagai berikut.

P = PA + PB (1-3) Bentuk lain dari hukum Dalton mengatakan bahwa tekanan parsial suatu komponen sama dengan hasil kali fraksi mole komponen tersebut dalam fase uap dengan tekanan uap total.

PA = yA.P (1-4)Keterangan:PA = tekanan parsial komponen AyA = fraksi mole komponen A dalam fase uapP = tekanan totalKalau persamaan (2-1), (2-2) dan (2-3) digabungkan menjadi sebagai berikut.

P = PA + PB = PAo.xA + PB

o.(1-xA) (1-5)Selanjutnya, digabungkan dengan persamaan (2-4) menjadi sebagai berikut.


Dengan memilih serangkaian temperatur di antara titik didih kedua komponen murni dapat dihitung titik-titik pada kedua kurva uap jenuh dan cairan jenuh dalam diagram titik didih untuk suatu tekanan total tertentu.

3. Campuran AzeotropJika larutan biner menunjukkan penyimpangan negatif atau positif yang berlebihan, kurve tekanan total pada diagram tekanan terhadap komposisi fase cair dapat menunjukkan suatu harga minimum atau maksimum yang sesuai dengan titik didih pada diagram. Pada komposisi yang sesuai dengan titik maksimum atau minimum, campuran akan mendidih pada temperatur tetap dan komposisi uap akan sama dengan komposisi cairan. Campuran demikian disebut campuran azeotrop atau campuran dengan titik didih tetap. Pada komposisi azeotrop, campuran akan mendidih pada temperatur tetap dengan komposisi uap dan cairan yang sama. Campuran azeotrop tidak dapat dipisahkan dengan jalan distilasi. Jika tekanan total sistem diubah, komposisi campuran dengan titik didih tetap akan bergeser dan prinsip ini digunakan untuk memperoleh pemisahan baik dengan menggunakan tekanan yang lebih tinggi atau lebih rendah. Di samping itu, hal itu juga dapat dilakukan dengan jalan menambah komponen yang ketiga.

4. Diagram Keseimbangan Uap-Cairan Diagram keseimbangan uap-cairan adalah diagram yang menyatakan hubungan

kesetimbangan antara komposisi uap dengan komposisi cairan. Dalam diagram ini dilukiskan garis diagonal y=x, yaitu garis komposisi uap sama dengan komposisi cairan. Titik potong kurva kesetimbangan dengan garis diagonal menunjukkan campuran azeotrop karena pada titik tersebut x sama dengan y. Sebagai contoh diagram keseimbangan uap-cairan sebagai berikut.

Gambar 1.2 Diagram keseimbangan uap-cairan (a) Benzen-toluen; (b) Aseton-karbon disulfit; (c) Aseton-kloroform

Sumber: Coulson, 2002

5. Volatilitas Relatif Semakin besar jarak antara kurva uap-cairan dengan garis diagonal, semakin besar

perbedaan komposisi cairan dengan komposisi uap dan semakin baik pemisahan yang akan diperoleh dengan jalan distilasi. Suatu ukuran mengenai hal ini disebut faktor pemisahan atau faktor separasi. Khusus untuk distilasi disebut volatilitas relatif (α). Volatilitas relatif A terhadap B adalah perbandingan dari perbandingan konsentrasi A dan B dalam fase uap dan fase cair.


Persamaan di atas dapat disusun menjadi sebagai berikut.

Jika y = x berarti αAB = 1,0. Dalam hal ini tidak mungkin dilakukan pemisahan dengan distilasi. Semakin besar perbedaan αAB terhadap 1,0 semakin besar tingkat pemisahannya. Apabila fase cair mengikuti hukum Raoult dan fase uap mengikuti hukum Dalton, berarti:

Dari persamaan di atas dapat disimpulkan bahwa volatilitas relatif komponen A terhadap B sama dengan perbandingan antara tekanan uap komponen A dan B murni.

6. Diagram Entalpi-Komposisi Diagram entalpi-komposisi adalah diagram yang menyatakan hubungan antara

entalpi dan komposisi sistem pada tekanan tertentu. Dalam diagram ini terdapat dua buah kurva, yaitu kurva cairan jenuh dan kurva uap jenuh. Setiap titik pada kurve cairan jenuh dihubungkan dengan garis hubung atau tie line dengan titik-titik tertentu pada kurva uap jenuh. Titik-titik tersebut dalam keadaan kesetimbangan. Dengan adanya kedua kurva tersebut, daerah di dalam diagram terbagi menjadi tiga daerah, yaitu1. daerah cairan yang terletak di bawah kurva cairan jenuh;2. daerah uap yang terletak di atas kurva uap jenuh; dan3. daerah cairan dan uap yang terletak di antara kurva cairan jenuh dan kurva uap

jenuh.Di bawah kurva cairan jenuh terdapat isoterm-isoterm yang menunjukkan entalpi cairan pada berbagai macam komposisi pada berbagai macam temperatur. Contoh: diagram entalpi-komposisi seperti di bawah ini.

Gambar 1.3 Diagram entalpi-komposisiSumber: Coulson, 2002


C. Metode Distilasi

Proses distilasi dapat dilakukan secara batch maupun kontinu. Ada dua metode utama distilasi yang akan dijabarkan sebagai berikut.1. Metode berdasarkan pembentukan uap. Uap tersebut dipisahkan langsung dengan

liquidanya dan dikondensasikan tanpa memberikan kesempatan adanya kontak antara distilat dan uap yang baru terbentuk. Beberapa distilasi yang termasuk dalam metode ini sebagai berikut.a. Distilasi setimbang/flash (equilibrium/flash distillation).b. Distilasi secara diferensial/sederhana (differential/simple distillation).

2. Metode berdasarkan pembentukan uap. Uap tersebut dikondensasi, setelah itu sebagian distilat dikembalikan hingga terjadi kontak antara distilat tersebut dengan uap yang baru terbentuk. Distilasi yang termasuk metode ini adalah distilasi fraksinasi/rektifikasi (fractionation/rectification distillation).

D. Macam-Macam Teknik Distilasi

Teknik distilasi terdapat beberapa macam yang akan dijabarkan sebagai berikut.1. Distilasi Setimbang/Flash

Distilasi ini biasanya dilaksanakan secara kontinu dengan gambar di bawah ini.

Gambar 1.4 Distilasi flashSumber: McCabe, 1993

Distilasi flash dapat dijelaskan dengan skema berikut.

separator

Gambar 1.5 Skema distilasi flashSumber: Toth, 2015


Umpan (feed) dipompa a ke dalam pemanas (heat exchanger) b, kemudian melalui kran (valve) c, campuran liquida dan uap masuk ke pemisah (separator drum) d. Pada separator ini dengan waktu yang cukup akan terjadi pemisahan antara liquida dan uap. Karena kontak antara liquida dan uap sebelum pemisahan, aliran terpisah dalam keadaan kesetimbangan. Uap e meninggalkan separator bagian atas untuk dikondensasikan melalui condenser sehingga menjadi cair. Liquida g dikeluarkan dari separator bagian bawah. Umpan dengan kecepatan F kmol/jam dengan komposisi xF , f adalah fraksi mole umpan yang teruapkan sehingga (1-f ) adalah fraksi mole umpan yang berupa cairan. Jika y dan x adalah fraksi mole komponen yang lebih mudah menguap dalam uap dan cairan, neraca bahan untuk komponen yang lebih mudah menguap adalah

F.xF = F.f.y + F (1-f ) xatau

xF = f.y + (1-f ).x Dalam persamaan di atas besaran yang tidak diketahui adalah y dan x. Agar persamaan tersebut dapat diselesaikan, harus diketahui hubungan y dan x yang dapat diperoleh dari diagram kesetimbangan uap-cairan sehingga persamaan di atas menjadi

Persamaan tersebut disebut persamaan garis neraca bahan dan kalau dilukiskan dalam diagram kesetimbangan uap-cairan akan diperoleh garis lurus dengan lereng atau gradien -(1-f )/f. Garis ini akan memotong garis diagonal y=x pada titik (xF, yF).

2. Distilasi Diferensial/SederhanaDistilasi sederhana digunakan untuk memisahkan dua atau lebih komponen yang memiliki perbedaan titik didih yang jauh. Distilasi sederhana biasanya dijalankan secara batch dalam bejana distilasi. Uap yang terbentuk segera dipisahkan dari liquida, kemudian dikondensasikan menjadi distilat yang mengandung komponen yang lebih mudah menguap. Liquida yang berisi lebih banyak komponen sulit menguap tertinggal dalam bejana disebut residu. Kesetimbangan antara uap dan liquida terjadi pada waktu sesaat, tetapi secara keseluruhan distilat total tidak berkeseimbangan dengan residu akhir.

Gambar 1.6 Distilasi sederhana secara batchSumber: McCabe, 1993

3. Distilasi Rektifikasi (Fraksionasi/Bertingkat)Distilasi rektifikasi digunakan untuk memisahkan komponen yang memiliki titik didih yang berdekatan. Distilasi dengan rektifikasi merupakan metode distilasi terbaik


untuk pemisahan larutan biner. Distilasi rektifikasi dapat dianggap sebagai flash distillation yang disusun seri sedemikian rupa sehingga uap dan liquida pada tiap stage berlawanan arah satu sama lain. Dengan demikian, terjadi kontak di antara keduanya. Contoh distilasi bertingkat adalah pemisahan campuran alkohol-air. Alkohol memiliki titik didih normal pada suhu 78oC dan air memiliki titik didih normal pada 100oC. Campuran tersebut dicampurkan dalam labu didih karena alkohol mudah menguap, kadar alkohol dalam uap lebih tinggi daripada kadar alkohol dalam campuran semula. Dalam kolom fraksionasi, uap mengembun dan memanaskan kolom tersebut. Setelah kolom mencapai suhu 78oC, alkohol tidak lagi mengembun sehingga uap yang mengandung lebih banyak alkohol naik ke kolom di atasnya, sedangkan sebagian air turun ke dalam labu didih. Proses seperti ini berulang beberapa kali (bergantung pada banyaknya pelat dalam kolom) sehingga akhirnya diperoleh alkohol yang lebih murni. Contoh lain distilasi bertingkat adalah pemurnian minyak bumi untuk memisahkan gas, bensin, minyak tanah, dan sebagainya dari pengolahan minyak mentah. Rangkaian alat distilasi fraksionasi terdapat pada gambar berikut.

Gambar 1.7 Rangkaian alat distilasi fraksionasi secara batch

Sumber: Coulson, 2002

4. Distilasi Uap/SteamDistilasi uap biasanya digunakan untuk memurnikan senyawa organik yang volatil, tidak bercampur dengan air, mempunyai tekanan uap yang tinggi pada suhu 100oC, dan mengandung pengotor-pengotor yang nonvolatil. Uap yang dipakai berupa uap jenuh maupun uap lewat jenuh. Jika dipakai steam lewat jenuh akan mempunyai panas yang tinggi sehingga dapat menguapkan zat yang akan dipisahkan tanpa mengalami kondensasi. Namun, jika steam yang digunakan uap jenuh sebagian steam akan terkondensasi hingga terbentuk fase liquida. Jika diinginkan tidak terbentuk fase liquida selama distilasi, steam yang dibutuhkan sangat besar. Namun, jika terbentuk fase liquida, perlu menentukan suhu dan komposisi uap pada sistem distilasi dan kondensat dari steam berupa campuran air dan liquida yang dapat dipisahkan, tidak larut satu sama lain sehingga mudah dipisahkan secara dekantasi.


Distilasi uap banyak dipakai pada pengambilan minyak atsiri dari beberapa tumbuhan seperti nilam, cengkeh, gaharu, dan sebagainya. Bahan baku dialirkan steam yang dibuat di dalam boiler. Steam ini akan menerobos jaringan untuk mengambil minyak atsiri yang terkandung dalam bahan. Kemudian, campuran uap air dan minyak dialirkan ke kondensor untuk diembunkan. Selanjutnya, campuran kondensat dan minyak dipisahkan dengan sistem dekantasi, misalnya dengan corong pisah. Minyak dan air dapat terpisah karena perbedaan polaritas dan berat jenisnya. Rangkaian alat distilasi uap dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 1.8 Distilasi uap pada proses pembuatan minyak atsiri (essential oil)Sumber: Rahmi, 2018

5. Distilasi AzeotropDistilasi azeotrop digunakan untuk memisahkan campuran yang berada pada titik azeotrop (suatu kondisi dua campuran atau lebih komponen yang sulit dipisahkan). Untuk memisahkan campuran pada titik azeotrop dapat dilakukan dengan penambahan senyawa lain yang dapat memecah ikatan azeotrop tersebut atau dengan mengubah kondisi operasinya seperti menggunakan tekanan tinggi. Distilasi azeotrop digunakan untuk memisahkan campuran etanol-air dengan menggunakan senyawa benzena untuk mendapatkan konsentrasi etanol di atas 96%. Jika dengan distilasi sederhana, etanol yang didapatkan maksimum 96% karena etanol-air membentuk titik azeotrop pada konsentrasi tersebut. Gambaran proses distilasi dapat dilihat pada gambar berikut.


Gambar 1.9 Distilasi azeotrop pada campuran etanol-air dengan benzenaSumber: Coulson, 2002

6. Distilasi Vakum (Distilasi Tekanan Rendah) Distilasi vakum dapat digunakan untuk memisahkan dua komponen yang titik

didihnya sangat tinggi. Metode ini dilakukan dengan cara menurunkan tekanan permukaan lebih rendah dari 1 atm sehingga titik didihnya juga turun dan selanjutnya suhu operasi distilasi tidak perlu tinggi. Distilasi vakum biasanya dilakukan karena beberapa alasan berikut.a. Volatilitas relatif antarkomponen biasanya meningkat seiring dengan

menurunnya boiling temperature. Volatilitas relatif komponen meningkat sehingga memudahkan proses pemisahan dan jumlah stage dalam kolom distilasi semakin sedikit.

b. Bahan yang ditangani sensitif terhadap suhu tinggi sehingga diperlukan pemisahan pada suhu rendah. Jika tetap dilaksanakan pada suhu tinggi akan menyebabkan hal-hal yang tidak diinginkan seperti dekomposisi produk, polimerisasi, dan penghilangan warna.

c. Tekanan uap yang sangat rendah memungkinkan komponen dengan ikatan dapat terputus pada titik didihnya.

d. Reboiler dengan temperatur yang rendah yang menggunakan sumber energi dengan harga yang lebih murah seperti steam dengan tekanan rendah.

Rangkaian alat distilasi vakum di industri minyak bumi terdapat pada gambar berikut.


Gambar 1.10 Rangkaian alat distilasi vakumSumber: Bchitou, 2017

Untuk skala laboratorium, distilasi vakum dapat digambarkan seperti di bawah ini.

Gambar 1.11 Rangkaian alat distilasi vakum skala laboratorium

Sumber: Dony Fahmi dkk, 2014

7. Distilasi Kering Distilasi ini digunakan untuk mengambil uap atau liquidanya pada material yang

kering. Misalnya, untuk mengambil cairan dan asap cair dari kayu atau tempurung kelapa. Proses distilasi juga dapat dilaksanakan secara batch (batch distillation) dan kontinu (continuous distillation). Jika distilasi dilaksanakan satu kali proses, yakni bahan dimasukkan dalam peralatan, diproses, kemudian diambil hasilnya (distilat dan residu), hal itu disebut distilasi batch. Disebut distilasi kontinu jika prosesnya berlangsung terus-menerus. Ada aliran bahan masuk sekaligus aliran bahan keluar.

E. Prinsip Kerja Distilasi

Syarat terjadinya pemisahan dengan distilasi jika komposisi uap dan cairan berbeda dalam keadaan kesetimbangan. Uap akan mengandung lebih banyak komponen yang lebih mudah menguap, sedangkan cairan akan mengandung lebih sedikit komponen yang mudah menguap. Uap dipisahkan dari cairan. Selanjutnya, uap tersebut dikondensasikan


sehingga didapatkan cairan yang berbeda dari cairan yang pertama. Cairan hasil kondensasi atau disebut distilat berisi lebih banyak komponen yang mudah menguap dibandingkan dengan cairan yang tidak teruapkan yang dikenal dengan residu. Jika cairan hasil dari kondensasi uap didistilasi akan didapatkan uap dengan kadar komponen volatil yang lebih tinggi. Dari penjelasan di atas, tahapan distilasi di antaranya1. keadaan awal berupa cairan;2. pemanasan larutan hingga sebagian menguap;3. pemisahan uap dan cairan yang belum menguap; dan4. kondensasi uap hingga menjadi cairan.

F. Fungsi Distilasi Sederhana

Distilasi sederhana digunakan untuk memisahkan zat cair yang titik didihnya rendah dan memiliki perbedaan titik didih masing-masing komponen yang relatif besar atau berbeda jauh. Distilasi sederhana juga dapat memisahkan zat cair dengan zat padat atau minyak. Proses ini dilakukan dengan mengalirkan uap zat cair tersebut melalui kondensor lalu hasilnya ditampung dalam suatu wadah, namun hasilnya tidak benar-benar murni atau dapat dikatakan tidak murni.

G. Peralatan Distilasi Sederhana

Rangkaian alat distilasi sederhana skala laboratorium ditunjukkan pada Gambar 1.12. Pada gambar tersebut, terlihat larutan garam (NaCl) dimasukkan pada labu yang dipasang alat pengukur suhu atau termometer. Dengan pembakar bunsen atau pemanas yang lain, larutan garam dipanaskan. Setelah beberapa saat, larutan garam tersebut akan mendidih dan sebagian akan menguap. Uap tersebut dialirkan ke kondensor untuk diembunkan dan didinginkan. Pendingin yang dipakai biasanya menggunakan air. Hasil distilasi atau distilat ditampung pada erlemeyer. Cairan pada erlemeyer merupakan distilat sebagai air yang relatif murni yang disebut dengan aquades.

Gambar 1.12 Alat distilasi sederhana skala laboratoriumSumber: Ilham, 2020


Fungsi setiap alat distilasi sederhana pada Gambar 1.12 disajikan dalam Tabel 1.1 berikut.

Tabel 1.1 Fungsi Alat-Alat Distilasi Sederhana

Nama Alat Fungsi

Labu distilasi Tempat bahan baku yang akan didistilasi

Condensor Mengembunkan uap sehingga menjadi cair

Pemanas Memanaskan bahan yang akan didistilas

Termometer Mengukur suhu operasi distilasi

Adaptor Penghubung condensor dan erlenmeyer

Erlenmeyer/penampung yang lain Menampung distilat yang dihasilkan

Statif dan klem Penyangga labu distilasi dan condensor

H. Pengoperasian Distilasi Sederhana

Langkah-langkah pengoperasian peralatan distilasi sederhana adalah sebagai berikut.1. Sebelum melakukan proses distilasi, cek setiap peralatan berfungsi dengan

baik, dilihat dari kinerja alat tentang penunjukan angkanya, uji terhadap bahan menunjukan suhu yang sebenarnya atau tidak.

2. Demikian thermostate yang dihubungkan dengan burner langsung atau media pemanas yang lain, cek kondisinya yang berfungsi mengontrol laju panas yang diberikan ke bejana distilasi.

3. Demikian juga thermostate yang berhubungan dengan kondenser masih berfungsi mengontrol laju volumetrik pendingin yang akan masuk ke kondenser.

4. Isikan larutan yang akan dipisahkan berdasarkan perbedaan titik didih hingga level yang ditentukan dalam bejana, kemudian hidupkan burner.

5. Cek kenaikan suhu dari campuran tersebut dengan fluida pendingin dalam kondenser dijalankan pelan pelan sesuai dengan ketentuan.

6. Cek laju air pendingin, laju volemetrik dari air pendingin maksimum suhu air yang keluar kondenser maksimal di bawah 20oC dari suhu pengembunan (suhu didih) komponen yang akan diuapkan.

7. Suhu operasional kondenser maksimal 5oC di bawah suhu didih bahan yang akan diuapkan.

8. Jika uap yang menetes ke dalam bejana semakin sedikit, berarti menunjukkan fraksi yang tidak menguap dalam bejana distilasi dan mengalami titik maksimal. Dalam hal ini diperlukan penambahan bahan yang akan diuapkan atau diakhiri proses distilasi sederhana tersebut karena kandungan komponen titik didihnya lebih tinggi mencapai maksimal dalam bejana distilasi.

9. Hasil distilasi diambil di bejana kondenser atau pada penampung yang disediakan.


I. Parameter yang Harus Diukur

Dalam mengoperasikan menara distilasi memerlukan alat kontrol yang baik agar hasil dari proses distilasi sesuai yang dikehendaki. Peralatan kontrol yang dikehendaki adalah sebagai berikut.a. Peralatan kontrol suhu untuk mengatur berapa derajat panas dari larutan di dalam

bejana distilasi dipanasi. Kontrol ini berupa thermostate apabila cairan/larutan biner tersebut sudah panas sesuai dengan titik didih dari komponen yang lebih mudah menguap, kompor pemanas (burner) mengecilkan apinya. Peralatan kontrol suhu tersebut perlu ditambahkan termometer manual atau digital tentunya dengan ketepatan (akurasi) yang baik. Hal ini bertujuan untuk mengontrol thermostate yang mengendalikan kompor pemanas (burner).

b. Suhu pada air di pipa perpindahan panas pada tabung kondenser jauh lebih rendah dari suhu pengembunan (suhu didih).

c. Suhu operasional kondenser harus lebih rendah minimal 5oC dari suhu pengembunan (suhu didih) larutan yang akan diambil hasilnya.

d. Pemanas pada burner (jika menggunakan api langsung dikontrol apinya oleh thermostate.

e. Kecepatan volumetrik dari pipa kondenser dikontrol oleh suhu operasional kondenser agar pengembunan cepat berlangsung. Biasanya lebih rendahnya di bawah 5oC langsung.

f. Seiring waktu, komponen yang mudah menguap akan tinggal sedikit, sedangkan komponen yang suhu didihnya lebih tinggi akan bertambah banyak. Untuk hal ini, umpan segar dari bejana distilasi ditambahkan.

Tugas Individu Jobsheet Praktikum Distilasi Sederhana

Distilasi Air Laut1. Tujuan

a. melakukan proses distilasi sederhana untuk air laut untuk mendapatkan aquades; dan

b. membandingkan aquades hasil percobaan dengan aquades standar.2. Alat dan Bahan

a. Alat1) Labu distilasi 500 ml Condensor2) Kompor listrik3) Labu erlenmeyer 250 ml4) Piknometer 25 ml5) Gelas beker 250 ml6) Gelas ukur 100 ml7) Corong gelas8) Adaptor 9) Termometer


10) Statif dan klem (2)11) Pompa air 12) Selang air13) Ember14) Neraca digital15) Penyangga kaki tiga16) Asbes 17) Batu didih

b. Bahan1) Air laut2) Aquades3) Indikator pH universal

c. Rangkaian alat

Gambar 1.13 Rangkaian alat distilasi air lautSumber: Fitriyani Yetti H.

3. Cara Kerja a. Timbang piknometer kosong.b. Masukkan aquades standar hingga penuh, lalu tutup.c. Timbang piknometer dan aquades standar.d. Ukur suhu dan pH aquades standar.e. Lakukan langkah b sampai dengan d untuk air laut.f. Masukkan 250 ml air laut ke dalam labu distilasi dan tambahkan batu didih.g. Rangkai semua alat distilasi seperti gambar.h. Hidupkan kompor listrik dan pompa air.i. Lakukan distilasi selama ±1 jam.j. Tunggu hingga dingin.k. Ukur arus distilat yang didapat dengan multitester.l. Lakukan langkah b sampai dengan d untuk distilat (aquades hasil percobaan)m. Bandingkan aquades standar dan aquades hasil percobaan.


4. Data Percobaan a. Penimbangan bahan

Bahan Penimbangan 1 Penimbangan 2 Penimbangan 3

Piknometer kosong - -

Pikno + aquades standar

Pikno + air laut

Pikno + aquades hasil percobaan

b. Pengukuran suhu Suhu aquades standar : ... oC Suhu uap : ... oCc. Pengukuran pH pH aquades standar : .... pH air laut : .... pH aquades hasil percobaan : ....d. Pengamatan terhadap aquades

Kriteria Aquades Standar Aquades Hasil Percobaan

Bau

Rasa

Warna

Kejernihan 5. Tugas

a. Hitung densitas air laut!b. Hitung densitas hasil distilasi (distilat)!c. Buatlah simpulan apakah aquades hasil percobaan sudah sesuai dengan aquades

standar!d. Hal-hal apa yang memengaruhi proses distilasi pembuatan aquades dari air

laut agar sesuai dengan standar?

Rangkuman

Distilasi adalah proses pemisahan komponen dari suatu campuran yang berupa larutan cair-cair yang memiliki perbedaan volatilitas dan tekanan uap sehingga titik didihnya berbeda. Teknik distilasi meliputi distilasi flash, sederhana, rektifikasi, uap, vakum, azeotrop, dan distilasi kering. Prinsip kerja distilasi sederhana meliputi keadaan awal berupa cairan dan pemanasan larutan sehingga sebagian menguap, pemisahan uap dan cairan yang belum menguap, dan kondensasi uap sehingga menjadi cair. Distilasi sederhana digunakan untuk memisahkan zat cair yang titik didihnya rendah. Peralatan distilasi sederhana skala laboratorium yang utama adalah labu distilasi, pemanas, kondensor, termometer, dan penampung hasil.


Uji KompetensiA. Soal Pilihan GandaPilihlah jawaban yang paling tepat.1. Proses pemisahan komponen berdasarkan perbedaan volatilitasnya disebut ….

a. absorpsi d. ekstraksib. adsorpsi e. netralisasic. distilasi

2. Pada proses penyulingan, yang menjadi agen pemisah (separating agent) adalah ….a. panas d. solvenb. densitas e. zat lainc. kelarutan

3. Industri kimia terdapat banyak metode pemisahan. Proses pemisahan ini dilakukan untuk memisahkan antara hasil utama dan hasil samping serta reaktan yang belum bereaksi. Setiap metode pemisahan mempunyai karakteristik tersendiri, salah satunya distilasi. Distilasi adalah proses pemisahan komponen berdasarkan perbedaan hal di bawah ini, kecuali ….a. titik didih d. tekanan uapb. kelarutan e. kemudahan menguapc. volatilitas

4. Aplikasi operasi distilasi sederhana banyak dipakai di industri ….a. aqua destilata d. minyak nabatib. minyak atsiri e. alkoholc. minyak bumi

5. Pernyataan yang berhubungan dengan proses distilasi berikut adalah benar, kecuali ….a. uap akan mengandung lebih banyak komponen yang lebih volatilb. cairan akan mengandung lebih sedikit komponen yang volatilc. jika uap yang dihasilkan tersebut dikondensasikan maka cairan yang didapat

akan mengandung lebih banyak komponen yang volatild. komposisi uap dan cairan sama dalam keadaan setimbange. dalam keadaan setimbang, komposisi uap dan cairan berbeda

6. Jenis distilasi yang digunakan untuk memisahkan komponen yang titik didihnya berbeda jauh adalah ….a. distilasi azeotrop d. distilasi fraksionasib. distilasi vakum e. distilasi keringc. distilasi sederhana

7. Suatu campuran terdiri dari komponen A dan B. Dari data fisik setiap komponen diketahui bahwa titik didih komponen A sebesar 100oC, sedangkan titik didih komponen B sebesar 223oC. Dari data tersebut, pernyataan di bawah ini yang benar adalah …. a. teknik distilasi yang tepat digunakan adalah distilasi uapb. komponen B lebih volatil daripada komponen Ac. setelah distilasi, distilat mengandung sebagian besar komponen Ad. komponen B akan menguap lebih dahulu dibanding komponen Ae. pemisahan dilakukan berdasarkan perbedaan kelarutan


8. Untuk menghindari dekomposisi produk karena sensitif terhadap temperatur jika didistilasi pada suhu didihnya, sebaiknya digunakan jenis distilasi ….a. vakum d. refluksb. fraksionasi e. keringc. azeotrop

9. Praktikum distilasi air laut menggunakan jenis distilasi ….a. bertingkat d. sederhanab. uap e. keringc. vakum

10. Alasan penggunaan jenis distilasi di atas karena ….a. volatilitas garam jauh lebih besar dibanding airb. perbedaan volatilitas garam dan air sangat besarc. titik didih air jauh lebih besar dibanding garamd. garam lebih volatile. lebih cepat mendapatkan hasil

11. Berikut ini tahap-tahap distilasi.

No Tahap Distilasi

1. Pemanasan larutan sehingga sebagian menguap

2. Keadaan awal berupa cairan

3. Kondensasi uap sehingga menjadi cair

4. Pemisahan uap dan cairan yang belum menguap

Urutan tahap-tahap distilasi yang benar adalah ….a. 1-2-3-4 d. 2-1-3-4b. 1-2-4-3 e. 2-1-4-3c. 1-4-3-2

12. Hasil utama proses distilasi air laut adalah ….a. bioetanol d. air mineralb. larutan garam e. garam dapurc. aquades

13. Proses yang terjadi pada kondensor yaitu ….a. pengembunan d. pengembunan dan pendinginanb. pendinginan e. pemanasan dan pengembunanc. pemanasan

14. Berikut tidak termasuk parameter fisika untuk kualitas aquades adalah ….a. pH d. kekeruhanb. bau e. daya hantar listrikc. warna

15. Hal-hal berikut yang tidak dilakukan dalam pengontrolan proses distilasi adalah ….a. kecepatan volumetrik pendingin perlu dikontrolb. pemanas (burner) dikontrol besar kecilnyac. perlunya alat kontrol untuk mengatur derajat panasd. suhu air pendingin harus lebih kecil dari suhu pengembunane. suhu operasional kondensor 2oC lebih rendah dari suhu pengembunan


B. Soal EsaiJawablah dengan tepat dan benar.1. Proses pemisahan dengan prinsip perbedaan relative volatility disebut ….2. Distilasi adalah proses pemisahan komponen berdasarkan perbedaan ….3. Contoh industri yang banyak menggunakan proses distilasi bertingkat adalah ….4. Contoh industri yang banyak menggunakan proses distilasi uap adalah ….5. Jenis distilasi yang digunakan untuk memisahkan zat cair yang memiliki titik didih

berdekatan disebut ….6. Jenis distilasi yang digunakan untuk memisahkan zat cair perbedaan titik didihnya

jauh disebut ….7. Distilasi azeotrop digunakan untuk ….8. Distilasi vakum digunakan untuk ….9. Dalam proses distilasi campuran biner A dan B, jika komponen B lebih volatil, distilat

yang dihasilkan akan mengandung lebih banyak komponen ….10. Dalam proses distilasi campuran biner Z dan Y, jika komponen Z lebih volatil, distilat

yang dihasilkan akan mengandung lebih banyak komponen ….

C. Soal Esai UraianJawablah dengan ringkas dan benar.1. Jelaskan yang dimaksud dengan proses distilasi!2. Jelaskan teknik distilasi berikut beserta contohnya:

a. distilasi sederhana;b. distilasi bertingkat; danc. distilasi uap.

3. Jelaskan dengan singkat prinsip kerja distilasi!4. Sebutkan minimal 4 (empat) alat distilasi sederhana skala laboratorium berikut

fungsinya masing-masing!5. Sebutkan parameter yang harus diatur dalam proses distilasi!

operasi teknik kimia...d. jenis-jenis peralatan penukar panas ..... 51 e. pengoperasian peralatan...

Documents