Bab 2 TMB [PDF]

Citation preview

BAB II TINJAUAN PUSTAKA



2.1. Sifat Fisika Minyak Bumi 1.



Titik Tuang Titik Tuang (Pour Point) adalah suhu terendah dimana



minyak masih bisa dituangkan atau suhu terendah dimana minyak bumi masih bisa mengalir oleh beratnya sendiri. 2.



Warna Minyak Bumi tidak selalu berwarna hitam, adakalanya



malah tidak berwarna sama sekali. Pada umumnya warna itu berhubungan dengan berat jenisnya. Kalau berat jenisnya tinggi, warna menjadi hijau kehitam-hitaman atau hitam pekat, sedangkan kalau berat jenis rendah warna cokelat kehitamhitaman. Warna ini disebabkan karena berbagai pengotoran, misalnya oksidasi senyawa hidrokarbon, karena senyawa hidrokarbon sendiri tidak memperlihatkan warna tertentu.



3.



Total Acid Number (TAN) Tes ini untuk mengindikasikan adanya kandungan naphtanic



acid serta adanya asam anorganik. Adanya asam dapat menyebabkan korosi pada peralatan pengilangan, serta dapat mempengaruhi produk hasil pengilangan.



4.



Berat Jenis Berat jenis atau Specific Gravit adalah perbandingan massa



volum cairan tertentu terhadap massa air pada volum dan temperatur yang sama. Berat Jenis atau Specific Gravity (SG) atau 0API Gravity sering menunjukkan secara kasar kualitas minyak bumi tersebut. Makin kecil SG minyak bumi tersebut, makin besar 0API nya, makin bagus kualitasnya, makin tinggi harganya atau makin ringan minyak tersebut.



5.



Viskositas Viskositas adalah daya hambatan yang dilakukan oleh



cairanuntuk mengalir pada suhu tertentu. Yaitu berupa bilangan yangmenunjukkan mudah tidaknya suatu fluida mengalir pada suhutertentu. 



Bila viskositas rendah→Mudah mengalir







Bila viskositas tinggi→Sukar mengalir



Uji ditilasi bukanlah merupakan uji rutin untuk fraksi minyak berat di dalam laboratorium Untuk fraksi minyak berat seperti minyak bakar, residu dan minyak pelumas uji rutin dalam lab adalah viskositas. Sehingga minyak untuk berat, harga faktor karakterisasi seringkali diperoleh dari korelasi antara faktor karakterisasi dengan viskositas Viskositas kritis kritis uap minyak dapat ditentuan dengan persamaan :



μ𝑐 = 7,7



√𝑀𝑃2/3 1/6



𝑇𝑐



μc : viskositas kritis, M : berat molekul; Tc suhu kritis dalam K, Pc tekanan kritis dalam atmosfer.



Pada umumnya dapat dikatakan bahwa makin tinggi °API atau makin ringan minyak tersebut makin kecil viskositasnya atau makin encer minyak tersebut, demikian sebaliknya. Yang banyak dipakai dan palingteliti adalah alat pengukur viskositas kinematik (kinematic visco meter). Dalam Pengukuran dengan alat ukur yang berbeda jenis dapat menghasilkan satuan yang berbeda pula, diantaranya:



6.



Viskositas (ASTM D 445) Viskositas Dinamik : perbandingan antara tegangan geser



yang diberikan dan kecepatan geser suatu cairan. Viskositas Kinematik : Tahanan cairan untuk mengalir karena gaya berat Hubungan viskositas kinematik dan dinamik : Viskositas kinematik = viskositas dinamik/Density. Viskositas minyak bumi dan produknya menunjukkan sifat alir dan sifat volatil minyak bumi tersebut. Minyak bumi dan produknya dengan viskositas tinggi berarti minyak tersebut mengandung fraksi hidrokarbon berat (berat molekul besar) dan sebaliknya.



7.



Titik Nyala (Flash Point) Titik Nyala adalah suhu terendah dimana minyak bumi



apabila dipanaskan, sudah memberikan uapnya yang cukup campurannya dengan udara sehingga akan menyala sekejap apabila diberi sumber nyala api. Fire Point → Suhu terendah dimana minyak bumi apabila dipanaskan sudah memberikan uapnya yang cukup campurannya dengan udara sehingga akan terbakarterus apabila diberi sumber api kecil. Autoignition Point→Suhu terendah dimana minyak bumi apabila dipanaskan akan menyala atau terbakar atau meledak tanpa adanya sumber api. Smoke Point →Tinggi nyala maksimum dalam milimeter dimana kerosen terbakar tanpa timbul asap apabila ditentukan dalam alat standar pada kondisi tertentu.



8.



Fluoresensi Minyak Bumi mempunyai suatu sifat Fluoresensi, yaitu jika



terkena sinar ultra-violet akan memperlihatkan warna yang lain dari warna biasa. Warna Fluoresensi minyak bumi ialah kuning sampai kuning keemas-emasan dan kelihatan sangat hidup. Lampu Ultra-Violet→Memudahkan kita untuk mengetahui adanyaminyak bumi yang terdapat pada kepingbatuan dan lumpur pemboran.



9.



Indeks Refraksi Merupakan Indeks pembiasan sinar tertentu. Minyak Bumi



memperlihatkan berbagai macam indeks fraksi dari 1,3 sampai 1,4. Perbedaan indeks refraksi tergantung dari °APInya atau berat jenis. Makin tinggi berat jenis atau makin rendah °APInya akan semakin tinggi pula indeks refraksinya, sedangkan makin rendah berat jenis atau makin tinggi °API nya akan semakin rendah indeks refraksinya.



10. Bau Minyak Bumi ada yang berbau sedap dan ada pula yang tidak, yang biasanya disebabkan karena pengaruh molekul aromat. Minyak Bumi yang berbau tidak sedap biasanya terutama disebabkan karenamengandung senyawa nitrogen (N)



ataupun belerang (S). Adanya H2S juga memberikan bau yang tidak sedap. Golongan parafin dan naften biasanya memberikan bau yang sedap.



11. Nilai Kalori Nilai Kalori Minyak Bumi adalah jumlah panas yang ditimbulkan oleh 1 gr minyak bumi, yaitu dengan meningkatkan temperatur 1 gr air dari 3,5°C sampai 4,5°C, dan satuannya adalah kalori atau Btu atau MJ (Mega Joule). Pada umumnya minyak bumi mempunyai nilai kalori 10000 sampai 10800 kal/gr.



12. Kadar Sulfur Kadar sulfur minyak bumi biasanya dinyatakan dengan %berat. Berdasarkan kadar sulfur, minyak bumi dibagi 3 macam, yaitu



Minyak bumi dengan kadar sulfur tinggi disebut Sour Crude, sedangkan minyak bumi dengan kadar sulfur rendah



disebut Sweet Crude. Sulfur dapat menimbulkan problem korosi dan pencemaran lingkungan



13. Kadar Garam Kadar garam minyak mentah dinyatakan dengan banyaknya garam dapur (NaCl) yang terkandung di dalamnya. Garam ini bisa menimbulkan persoalan korosi berat pada proses di kilang. Bila kandungan garam suatu minyak melebihi dari 10 lb NaCl/1000 bbl maka diperlukan proses penghilangan garam (Desalting Process) sebelum minyak tersebut diproses lebih lanjut



dikilang.



Proses



penghilangan



garam



biasanya



dilaksanakan pada peralatan Desalter yang prinsip kerjanya berdasarkan atas Elektrolisis dengan memanfaatkan tenaga listrik.



14. Kadar Karbon Karbon sisa setelah minyak mentah, biasanya ditentukan dengan metode Ramsbottom (RCR) ataupun Conradson (CCR). RCR/CCR ini hubungannya dengan kandungan bahan Asphaltis (Asphaltene Content) dan Lube Oil Recovery. Semakin rendah harganya, biasanya semakin bagus lube oil recoverynya.



15. Kadar Nitrogen Nitrogen biasanya tidak dikehendaki didalam minyak mentah, karena senyawa nitrogen bisa meracuni beberapa jenis katalis. Biasanya kalau kadar nitrogen lebih dari 0,25% akan diperlukan proses untuk penghilangannya.



16. Temperatur Kritis Temperatur tertinggi dimana gas masih dapat dicairkan dengan menggunakan tekanan. Tekanan minimum yang diperlukan untuk mencairkan gas pada temperatur kritis disebut tekanan kritis. Volume gas pada pada temperatur kritis dan tekanan kritis disebut volume kritis.



17. Entalpi Entalpi minyak bumi dan uap minyak bumi dapat ditentukan dengan menggunakan grafik Shell Development Company.



18. Titik Didih Rerata Fraksi Minyak Bumi Banyak sifat- sifat fisis senyawa hidrokarbon murni yang dapat di korelasikan dengan berat jenis (specific grafity) dan titik didih normal. Berat jenis fraksi minyak bumi dengan mudah dapat di tentukan dalam laboratorium, sedangkan titik didih rerata yang segera dapat di peroleh dari data distilasi ASTM



adalah titik didih rerata volumetris, TDRV (volumetric average boiling point, VABP). Watson dan Nelson menunjukan bahwa banyak sifat-sifat fisis fraksi minyak bumi yang tidak dapat di kolerasikan dengan titik didih rerata volumetris, tetapi hanya dapat di kolerasikan dengan titik didih rerata fraksi minyak bumi yang lain, seperti titik didih rerata molal, TDRM (molal average boiling point, MABP), titik didih rerata kubis, TDRK (cubic average boiling point, CABP), titik didih rerata berat, TDRB (weight average boiling point, WARP) dan titik didih rerata tengahan, TDRT (mean average boiling point, MeABP). Karena titik didih rerata molal, rerata berat dan rerata kubis sukar untuk ditentukan dalam laboratorium, maka Watson dan Nelson mencari cara untuk memperoleh hubungan antara titik didih–titik didih rerata tersebut dengan titik didih rerata volumetris.



19. Faktor Karakterisasi Berdasarkan minyak-minyak



pengamatan-pengamatan mentah,



Watson,



Nalson



fraksionisasi dan



Murphy



mendapatkan bahwa berat jenis setiap fraksi kira-kira sebanding dengan akar pangkat tiga titik didihnya dalam skala absolut pada tekanan 1 atmosfir.



Faktor perbandingan tersebut yang merupkan indeks tingkat keparafinan bahan minyak disebut factor karakterisasi U.O.P. atau factor Watson yang di beri simbol K. Sehingga dapat dituliskan bahwa:



Dimana S adalah berat jenis pada 60/600 F dan TB adalah titik didih rerata tengahan TDRT. TB mula-mula oleh Watson didefinisikan sebagai titik didih rerata molal TDRM, namun dalam perkembangnya TB ini kemudian berubah menjadi titik didih rerata kubis TDRK, dan akhirnya menjadi titik didih rerata tengahan TDRT. Untuk senyawa hidrokarbon murni, terlihat adanya perbedaan harga K yang menyolok antara senyawa hidrokarbon paraffin, naften dan aromat. Apabila K1,K2,K3 dan seterusnya adalah factor karakterisasi senyawa hidrokarbon 1,2,3 dan seterusnya, maka factor karakterisasi campuran senyawa hidrokarbon dapat di hitung dengan persamaan berikut: K= K1W1 + K2W2 + K3W3 +….



Dimana W1, W2, W3 dst adalah fraksi berat senyawa hidrokarbon 1,2,3 dst, ternyata bahwa faktor karakterisasi mempuyai peranan yang sangat penting untuk fraksi minyak bumi langsung (straight run fractions) karena faktor tersebut dapat di korelasikan dengan sifat fisis dan sifat termal fraksi . untuk fraksi minyak bumi yang mengandung hidrokarbon olefin, diolefin dan aromat yaitu yang berasal dari proses rengkahan ataupun proses sintesis yang lain, faktor karakterisasi Watson tidak dapat di korelasikan secara baik dengan sifat-sifat fisis dan termal fraksi. 20. Panas Jenis Panas jenis adalah panas yang di perlukan untuk menaikan suhu satu satuan berat bahan sebesar satu derajat. Satuan panas jenis yang biasa di pergunakan adalah kalori/(gram) (0C) dalam system cgs dan BTU/(Ib) (0 F) dalam system inggris. Harga numerik panas jenis adalah dalam kedua system satuan di atas untuk sesuatu bahan. Panas jenis pada tekanan tetap harganya lebih tinggi dari pada panas jenis pada volum tetap. Panas jenis minyak bumi dan fraksi-fraksinya mempunyai korelasi dengan suhu, grafitas API dan faktor karakterisasi K menurut persamaan sebagai berikut:



Persamaan di atas menunjukan bahwa untuk fraksi minyak bumi yang mempunyai harga K dan API gravity tertentu, panas jenis merupakan fungsi linier dari suhu. Menurut Watson dan Fallon, panas jenis uap minyak bumi mempunyai korelasi dngan suhu dan faktor karakterisasi K menurut persamaan sebagai berikut: Cp = (0,045K-0,233) + (0,44+ 0,017K) 10 -3 t – (0, 153) 10-6t 2 Sehingga uap minyak bumi yang mempunyai faktor karakterisasi tertentu , panas jenisnya merupakan fungsi kuadrat dari suhunya. Panas jenis rerata uap minyak bumi dapat di tentukan dengan di tentukan dengan rumus pendekatan sebagai berikut:



Cp rerata = 1/6 (cp1 + 4 cpt rerata +cp2 ) Dimana : cp1 = panas jenis uap minyak pada t1 Cp2= panas jenis uap minyak pada t2 Cpt= panas jenis pada suhu rerata, yaitu pada ½ ( t1 + t2)



21. Tegangan Muka Tegangan muka berbagai produk minyak bumi mempunyai daerah harga yang sempit, yaitu sekitar 24 sampai 38 dyne/cm.



Tegangan muka produk minyak bumi akan semakin naik dengan kenaikan berat molekul. Kenaikan suhu menurunkan tegangan muka, sehingga pada suhu kritis tegangan muka sama dengan nol.



22. Tekanan Uap Tekanan uap adalah tekanan di mana fase uap zat berada pada kesetimbangan dengan fasa cair zat tersebut pada suhu tertentu Istilah tekanan uap pada umumnya dikenakan kepada zat murni, namun kadang-kadang digunakan untuk cairan. Tekanan uap Reid (Reid vapor Pressure) adalah tekanan mutlak yang diberikan oleh suatu campuran dalam lb/in2, ditentukan pada suhu 100oF dan pada rasio uap terhadap cairan 4:1. Tekanan uap reid digunakan untuk menentukan volatilitas bensin dan minyak mentah.



23. Koefisien Ekspansi Koefisien ekspansi adalah fraksi pertambahan volume apabila satu satuan volume bahan dipanaskan sebesar satu derajat.



Koefisien ekspansi : Daerah grafitas API



Koefisien ekspansi



0 - 14,9



0,00035



15 - 4,9



0,00040



35 – 50,9



0,00050



51 – 63,9



0,00060



64 – 78,9



0,00070



79 – 88,9



0,00080



89 – 93,9



0.00085



94 – 100



0.00090



24. Panas Laten Penguapan Panas laten penguapan ialah panas yang diperluakan untuk menguapkan satu satuan berat cairan pada titik didih atmosferis. Dalam satuan inggris satuan panas laten penguapan adalah Btu/lb dan dalam sistem satuan cgs adalah kalori/g. Panas laten penguapan molar pada tekanan atmosferis untuk cairan-cairan non-polar seperti cairan hidrokarbon dapat dperkirangan dengan persamaan Kistiakowsky.



Mr = Tb [7,58 + 4,57 log Tb]



Mr = panas laten penguapan, Btu/lbmol Tb = titik didih normal, R Menurut Wason persamaan di atas memberikan harga panas laten penguapan molar yang rendah untuk fraksi minyak bumi berat. Untuk menentukan panas laten penguapan fraksi minyak bumi pada tekanan yang lain dari tekanan atmosferis, watson mengajukan persamaan empiris :



L = Y LB T/TB L = panas laten penguapan absolut T LB = Panas laten penguapan padatitik didih normal γ =Faktor koreksi



25. Panas Pembakaran Panas pembakaran bahan bakar minyak adalah panas keseluruhan yang diperoleh dari pembakaran sejumlah tertentu bahan bakar minyak yang mempunyai suhu 60oF pada waktu pembakaran mulai terjadi, dan hasil pembakaran didinginkan ke suhu 60o F. Apabila pada pemakaran hasil pembakaran pembakaran uap air yang ada senuanya mengembun, maka panas pembakaran disebut panas pembakaran kotor (gross heating value) karena di dalamnya termasuk juga panas yang timbul karena pengembunan air. Apabila



uap



air



tidak



mengembun,



maka



panas



pembakarannya disebut panas pembakaran bersih (net heating value). Panas pembakaran akan naik dengan naiknya gravitas API atau naiknya kandungan hidrogen Hubungan panas pembakaran kotor dengan gravitas spesisfiknya diperkirakan dengan dengan persamaan:



Panas pembakaran kotor,Btu/lb = 22,320-3,78 x S2



Untuk mendapatkan panas pembakaran bersih dari panas pembakaran kotor, dapat digunakan hubungan berikut: Panas pembakaran bersih, Btu/lb = panas pembakaran kotor (Btu/lb) – 94% hidrogen



Penentuan kandungan hidrogen dalam fraksi minyak bumi bukan merupakan pekerjaan rutin dalam lab. Namun demikian korelasi empirik berikut ini dapat digunakan untuk memperkirakan kandungan hidrogen dalam fraksi minyak bumi, Persen berat hidrogen = 14,2 +0,173 (API) -7250/Tb Tb = titik didih rerata tengahan dalam dalam Renkin



26. Titik Kritis Suhu kritis adalah suhu tertinggi dimana gas masih dapat dicairkan dengan menggunakan tekanan. Tekanan minimum yang diperlukan untuk mencairkan gas pada suhu kritis disebut tekanan kritis. Volum pada suhu kritis tersebut disebut volum kritis. Pada titik kritis, yaitu pada suhu dan tekanan kritis tidak dapat dibedakan lagi antara fasa gas dan fasa cair. Tidak terjadi perubahan volume apabila cairan diuapkan pada titik kritis, dan tidak diperlukan panas untuk penguapannya. Untuk fraksi minyak bumi yang merupakan campuran dari banyak komponen, digunakan konsep titik kritis semu (pseudo critical point). Menurut H,B Kay titik kritis semu didefinisikan sebagai suhu dan tekanan kritis rerata molar komponen-komponen suatu campuran. Titik kritis dapat digunakan untuk menentukan suhu



dan tekanan tereduksi suatu campuran yaitu perbandingan suhu dan tekanan sebenarnya terhadap suhu dan tekanan kritisnya. 27. Densitas Densitas didefinisikan sebagai massa yang terdapat dalam satu satuan volum Densitas sring dinyatakan dengan gravitas API, gravitas spesifik atau berat jenis Densitas minyak adalah densitas minyak relatif terhadap densitas air pada kondisi tertentu Keterangan tambahan Density



rendah



menunjukkan



kandungan



parafin



besar,



sebaliknya density tinggi menunjukkan kandungan aromat tinggi. Hubungan antara antara API Gravity vs Carbon Residu : semakin tinggi API Gravity, maka semakin rendah harga residu karbon dan sebaliknya. Hubungan antara antara API Gravity vs Viskositas : semakin tinggi API Gravity, maka semakin kecil viskositas dan sebaliknya. Hubungan antara antara API Gravity vs Kandungan Aspalten : semakin tinggi API Gravity, maka semakin kecil Kandungan Aspalten dan sebaliknya. Hubungan antara antara Density vs Kandungan Sulfur : semakin tinggi Density, maka semakin tinggi Kandungan Sulfur.



2.2.



Sifat Fisik Minyak Bumi dari Berbagai Bahan Baku 1.



Fuel Oil Complex I (FOC I)



Bahan baku



: Arabian Light Crude



 Wujud



: cair



 Kenampakan



: hitam



 Bau



: berbau belerang



 Spesific gravity pada 60/600F



: 0,8594



 Viskositas kinematik pada 37,8 C : 6,590 0



 Viskositas kinematik pada 500C



: 4,754



 Pour point



: