DISTILASI [PDF]

Citation preview

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM TEKNIK KIMIA II



PERCOBAAN BATCH PACKED DISTILLATION COLUMN (DIST2) Hari Kelompok Praktikan



: Selasa : IV : 1. Ghea Gargarina Gardina (5008201097) 2. Bagas Hardiatmoko (5008201100) 3. Akhda Choirun Nisa (5008201110) Asisten :: -Triven Huygens Simaremare Asisten Tanggal 11 Maret Maret 2020 Tanggal Percobaan Percobaan :: 16 2021



Cuaca Cerah



Suhu Udara 30oC



Suhu Air 29oC



Tekanan Udara 760 mmHg



Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri dan Rekayasa Sistem Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2021



INTISARI



i



INTISARI Tujuan dari percobaan Batch Packed Column Distillation adalah mengetahui apakah peralatan Batch Packed Distillation Column di laboratorium dapat melakukan operasi sesuai dengan kapasitas yang diinginkan dan kondisi operasi yang diinginkan; mengetahui kapasitas maksimum dari peralatan Batch Packed Distillation Column di laboratorium serta menghitung dan menentukan biaya maksimum operasi distilasi per kg produk. Langkat pertama yang dilakukan adalah menyaring larutan hasil fermentasi agar tidak tercampur dengan kotoran. Setelah itu menyiapkan seperangkat alat distilasi. Selanjutnya adalah mengisi labu leher tiga dengan larutan fermentasi yang akan di saring. Kemudian mengumpankan air pendingin ke kondensor dan mengukur rate aliran air pendingin. Langkah selanjutnya menyalakan pemanas pada peralatan distilasi dan memulai distilasi dan mengatur suhu pemanas dengan suhu 78,3 oC. Membiarkan sistem berjalan sampai proses distilasi selesai. Dari percobaan dan perhitungan yang telah dilakukan, didapatkan hasil bahwa peralatan Batch Packed Distillation Column di laboratorium dapat melakukan operasi sesuai dengan kapasitas yang diinginkan dan kondisi operasi yang diinginkan dengan hasil etanol yang memiliki kadar 86,8%. Kapasitas maksimum dari peralatan Batch Packed Distillation Column di laboratorium adalah 500 liter dengan asumsi 24 jam kerja. Biaya maksimum operasi distilasi (meliputi penggunaan air pendingin dan listrik) per kg produk ialah Rp 19.556,6799/kg etanol. Sedangkan energi total yang dibutuhkan yaitu 986.649,2699 Kcal atau setara dengan 1.147,47 kWh.



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



DAFTAR ISI



ii DAFTAR ISI



INTISARI ............................................................................................................................... i DAFTAR ISI ......................................................................................................................... ii DAFTAR TABEL ................................................................................................................ iii DAFTAR GAMBAR…........................................................................................................ iv BAB I



PENDAHULUAN I.1 Tujuan Percobaan……………………………………………….................I-1 I.2 Dasar Teori …………………………………………..................................I-1



BAB II



METODOLOGI PERCOBAAN II.1 Variabel Percobaan…………………...………….....................................II-1 II.2 Alat dan Bahan Percobaan......…...…………….....…………...................II-1 II.3 Prosedur Percobaan .........…………………….........................................II-1 II.4 Gambar Alat Percobaan ............................................................................II-2



BAB III HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN III.1 Hasil Perhitungan.................……………...............................................III-1 III.2 Pembahasan…….....……………………....………................................III-2 BAB IV



KESIMPULAN…….....……………………....………..................................IV-1



DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................ v DAFTAR NOTASI ...............................................................................................................vi



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



DAFTAR TABEL



iii DAFTAR TABEL



Tabel III.1



Hasil Analisa ..................................................................................................... I-3



Tabel III.2



Hasil Kadar Ethanol setelah Fermentasi ........................................................... I-3



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



DAFTAR GAMBAR



iv DAFTAR GAMBAR



Gambar I.1



Grafik Komposisi Uap dan Cair Terhadap Suhu ............................................ I-2



Gambar I.2



Distilasi Metode McCabe-Thiele .................................................................... I-4



Gambar I.3



Packed Kolom ................................................................................................. I-5



Gambar I.4



Peralatan Distilasi ........................................................................................... I-6



Gambar I.5



Distilasi Batch .................................................................................................. I-7



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



BAB I PENDAHULUAN



I-1



BAB I PENDAHULUAN I.1



Tujuan Percobaan Tujuan dari percobaan Batch Packed Distillation Column ini adalah untuk: 1. Mengetahui apakah peralatan Batch Packed Distillation Column di laboratorium dapat melakukan operasi sesuai dengan kapasitas yang diinginkan dan kondisi operasi yang diinginkan. 2. Mengetahui kapasitas maksimum dari peralatan Batch Packed Distillation Column di laboratorium. 3. Menghitung dan menentukan biaya maksimum operasi distilasi per kg produk.



I.2



Dasar Teori Distilasi paling umum digunakan untuk pemisahan campuran cairan homogen.



Pemisahan dilaksanakan dengan memanfaatkan perbedaan titik didih atau volatilitas antara komponen-komponen dalam campuran dengan mendidihkan atau menguapkan lebih banyak komponen yang lebih volatile (Permatasari, 2015). Metode ini termasuk unit operasi kimia jenis perpindahan massa. Penerapan proses ini didasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya. Proses pemisahan campuran cairan biner A dan B menggunakan distilasi dapat dijelaskan dengan Hukum Dalton dan Raoult. Menurut hukum Dalton, tekanan gas total suatu campuran biner, atau tekanan uap suatu cairan (P), adalah jumlah tekanan parsial dari masingmasing komponen A dan B (PA dan PB) P = PA + PB…………………………. (1) Hukum Raoult menyatakan bahwa pada suhu dan tekanan tertentu, tekanan parsial uap komponen A (PA) dalam campuran sama dengan hasil kali antara tekanan uap komponen murni A (PA murni) dan fraksi molnya XA PA = PA murni. XA………………………(2) Sedang tekanan uap totalnya adalah: Ptot = PA murni. XA + PB murni . XB…………(3) Dari persamaan tersebut di atas diketahui bahwa tekanan uap total suatu campuran cairan biner tergantung pada tekanan uap komponen murni dan fraksi molnya dalam campuran (Coulson,1983).



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



BAB I PENDAHULUAN



I-2



Hukum Dalton dan Raoult merupakan pernyataan matematis yang dapat menggambarkan apa yang terjadi selama distilasi, yaitu menggambarkan perubahan komposisi dan tekanan pada cairan yang mendidih selama proses distilasi. Uap yang dihasilkan selama mendidih akan memiliki komposisi yang berbeda dari komposisi cairan itu sendiri. Komposisi uap komponen yang memiliki titik didih lebih rendah akan lebih banyak (fraksi mol dan tekanan uapnya lebih besar). Komposisi uap dan cairan terhadap suhu tersebut dapat digambarkan dalam suatu grafik diagram fasa berikut ini.



Gambar I.1 Grafik Komposisi Uap dan Cairan terhadap Suhu •



Operasi Kolom Destilasi Pemisahan komponen-komponen dari campuran liquid melalui destilasi bergantung pada



perbedaan titik didih masing-masing komponen. Juga bergantung pada konsentrasi komponen yang ada. Campuran liquid`akan memiliki karakteristik titik didih yang berbeda. Oleh karena itu, proses destilasi bergantung pada tekanan uap campuran liquid. Tekanan uap suatu liquid pada temperatur tertentu adalah tekanan keseimbangan yang dikeluarkan oleh molekulmolekul yang keluar dan masuk pada permukaan liquid. Ketika campuran cairan dari dua komponen dipanaskan, maka uap yang keluar akan mengandung komponen lebih volatile yang lebih besar dibanding cairan didalam ketel. Sebaliknya, ketika uap didinginkan, bahan yang mempunyai titik didih lebih tinggi mempunyai kecendrungan lebih mudah mengembun dari pada komponen dengan titik didih lebih rendah. (Kreul dkk, 1999).



•



Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Operasi Kolom Distilasi Kinerja kolom distilasi ditentukan oleh banyak faktor, sebagai berikut (Marco



Mazzott,2013):



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



BAB I PENDAHULUAN



I-3



a. Aliran umpan (feed) yaitu aliran yang masuk kolom destilasi b. Aliran Produk yaitu aliran yang keluar dari kolom destilasi paling sedikit ada dua macam produk yaitu produk atas (destilate) dan produk bawah (bottom product). c. Aliran internal (internal stream) yaitu aliran fluida yang terjadi di dalam kolom destilasi ada dua macam aliran internal yaitu aliran uap (vapor stream) dan aliran cairan (liquid stream). d. Aliran Refluks yaitu sebagian produk atas atau destilate dikembalikan ke kolom destilasi melalui puncak kolom. •



Tipe Kolom Destilasi Tipe kolom distilasi dapat diklasifikasikan sebagai: ➢ Tray Kolom Tray kolom merupakan kolom distilasi yang didalamnya berisi plate yang dapat berupa sieve tray, valve tray, bubble tray, dll. Untuk menentukan jumlah tray pada tray kolom dapat digunakan metode Mc Cabe-Thiele. Untuk menggunakan metode ini perlu diketahui pengertian dari reflux ratio, feed plate dan feed line (qline). Reflux Ratio Reflux ratio adalah perbandingan antara reflux dengan produk overhead. Tanpa adanya reflux maka dibagian rectifying tidak akan terjadi proses rektifikasi (absorbsi) dan produk yang dihasilkan konsentrasinya tidak dapat melebihi konsentrasi uap di bagian rectifying. Persamaan garis operasi adalah sebagai berikut: 𝑦𝑛+1 =



𝑅𝐷 𝑥 𝑅𝐷 +1 𝑛



+𝑅



𝑥𝐷



………………(4)



𝐷 +1



Feed Plate dan Feed Line Pada plate dimana feed dimasukkan, rate liquid atau vapor maupun keduanya kemungkinan berubah, tergantung dari kondisi thermal dari feed. Hal ini dapat dikarakteristikkan kedalam lima tipe yang disimbolkan dengan q: 1. Cold feed, q > 1 2. Saturated liquid feed, q = 1 3. Feed partially vapor, 0 < q < 1 4. Saturated vapor feed, q = 0 5. Superheated vapor feed, q < 0 Untuk menghitung nilai q, digunakan persamaan sebagai berikut: Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



BAB I PENDAHULUAN



I-4



𝑞 = 1+



𝐶𝑝𝐿 (𝑇𝑏 − 𝑇𝑓 )



………………….(5)



𝜆



sedangkan khusus untuk superheated vapor feed menggunakan persamaan: 𝑞=−



𝐶𝑝𝑉 (𝑇𝐹 − 𝑇𝑑 ) 𝜆



……………………(6)



Feed line digambarkan pada kurva kesetimbangan menggunakan persamaan: 𝑞



𝑥



𝐹 𝑦 = − 1−𝑞 𝑥 + 1−𝑞 ………………………(7)



Gambar I.2 menunjukkan penentuan jumlah plate ideal pada kolom distilasi menggunakan metode McCabe-Thiele.



Gambar I.2 Distilasi Metode McCabe-Thiele (McCabe, hal 539)



Jumlah plate teoritik diperlukan saat sebelum melangkah ke tray dari distilat menuju bottom. Hal ini bisa dilakukan dengan memberikan jumlah plate minimum yang mungkin digunakan dalam pemisahan. Pada praktek sebenarnya, kondisi ini biasa dilakukan dengan mengembalikan semua uap yang telah terkondensasi dari tower yang paling atas kembali ke tower sebagai total reflux. Hanya apabila semua cairan dari bottom dan terdidihkan, sehingga semua aliran hasil dari distilat dan bottom menurun menjadi nol, sebagai umpan dari tower (Geankoplis,1983). Kondisi dari total reflux ini bisa diartikan sebagai kebutuhan ukuran dari kondensor, reboiler dan diameter tower untuk memberikan umpan. Apabila penguapan relative (α) dari campuran biner dianggap konstan. Persamaan analitis dari Fenske bisa digunakan untuk menghitung jumlah minimum langkah teoritik Nm apabila digunakan total kondensor. 𝑙𝑜𝑔



𝑋𝑃(1−𝑋𝑊)



𝑁𝑚 = 𝛼𝑣𝑔 [log [𝑋𝑊(1−𝑋𝐷)]]………………………(8)



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



BAB I PENDAHULUAN



I-5



➢ Packed Kolom Packed kolom merupakan kolom distilasi yang didalamnya terdapat packing sebagai kontaktor gas-cair. Tinggi packing yang digunakan dapat ditentukan dengan menggunakan metode Height Equivalent to a Theoretical Plate (HETP) yang didasarkan pada plate teoritis. Secara umum persamaan HETP adalah: 𝑃𝑎𝑐𝑘𝑒𝑑 ℎ𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡



𝐻𝐸𝑇𝑃 = 𝑁𝑢𝑚𝑏𝑒𝑟 𝑜𝑓 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖𝑢𝑚 𝑠𝑡𝑎𝑔𝑒𝑠…………(9)



Berikut ini pada Gambar I.3 menunjukkan Packed Kolom dan strukturstrukturnya.



Gambar I.3 Packed Kolom •



Peralatan Proses Distilasi Kolom distilasi merupakan serangkaian peralatan proses yang terdiri dari preheater,



column, condenser, accumulator, reboiler serta peralatan pendukung lainnya, dengan konfigurasi seperti pada Gambar I.4 berikut. Kolom atau sering disebut tower memiliki dua kegunaan; yang pertama untuk memisahkan feed (material yang masuk) menjadi dua porsi, yaitu vapor yang naik ke bagian atas (top/overhead) kolom dan porsi liquid yang turun ke bagian bawah (bottom) kolom; yang kedua adalah untuk menjaga campuran kedua fasa vapor dan liquid (yang mengalir secara countercurrent) agar seimbang, sehingga pemisahannya menjadi lebih sempurna.



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



BAB I PENDAHULUAN



I-6



Gambar I.4 Peralatan Distilasi



Overhead vapor akan meninggalkan bagian atas kolom dan masuk ke condenser, vapor yang menjadi liquid akan dikumpulkan di accumulator. Sebagian liquid dari accumulator dikembalikan ke kolom sebagai reflux, sedangkan sebagian lainnya sebagai overhead product atau distillate. Bottom liquid keluar dari bagian bawah kolom dan dipanaskan ke reboiler. Sebagian liquid menjadi vapor dan dikembalikan ke kolom, dan sebagian lainnya akan dikeluarkan sebagai bottom product atau residue. Ini adalah konfigurasi kolom yang relative sederhana, pada aplikasi yang lebih kompleks, sebagian vapor atau liquid ditarik dari beberapa titik di bagian samping kolom (side stream) sebagai intermediate product dan/atau sebagai reflux (APV.,2014). •



Distilasi Batch Distilasi batch adalah suatu proses yang pada umumnya terjadi di dalam alat produksi



skala kecil untuk memisahkan produk mudah menguap dari larutan cair. Campuran dimasukan ke dalam tempat/bejana dan panas diberikan melalui pemanas (heater) atau melalui dinding bejana agar liquid mencapai titik didihnya dan dapat mengevaporasi bagian dari batch tersebut. Dalam metode operasi paling sederhana, uap diambil secara langsung dari bejana ke kondensor, seperti tertera pada Gambar I.5. Uap meninggalkan bejana pada suatu waktu dalam keadaan berkesetimbangan dengan cairan yang masih tertinggal di bejana, tetapi karena kandungan komponen yang mudah menguap pada fase uap lebih besar, sehingga komposisi cairan dan gas adalah tidak konstan.



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



BAB I PENDAHULUAN



I-7



Gambar I.5 Distilasi Batch Metode alternatif dalam menjalankan distilasi tumpak ialah dengan menetapkan rasio refluks dan membiarkan kemurnian hasil atas berubah menurut waktu, dan menghentikan distilasi apabila kuantitas hasil atau konsentrasi rata-rata di dalam hasil total lebih mencapai suatu nilai tertentu (Mc Cabe, dkk, 1999). Untuk proses batch, komponen dengan titik didih lebih tinggi makin lama makin meningkat. Keuntungan proses batch dibanding kontinyu, proses batch lebih flexible daripada proses kontinu. Proses batch lebih disukai daripada proses kontinu bila konsentrasi umpan berubah-ubah. Pada proses batch, pemisahan campuran yang terdiri dari n komponen dapat dilaksanakan pada satu kolom dengan menggunakan banyak tangki-tangki produk, sedang untuk distilasi kontinyu diperlukan (n-1) kolom. Disamping keuntungan, ada kekurangan dari distilasi batch yaitu perubahan yang terus menerus dari bahan umpan dan dinamika kolom yang kompleks. Sangat sulit untuk menentukan perubahan komposisi dengan waktu diseluruh bagian dari kolom distilasi batch pada refluks rasio optimum dengan cara eksperimen karena kerumitan dinamika kolom (Kreul dkk, 1999).



•



Relative Volatility Pada suatu diagram kesetimbangan untuk suatu campuran biner A dan B, jarak terjauh



antara garis kesetimbangan dan garis 45° merupakan perbedaan yang lebih besar antara komposisi uap yA dan komposisi cairan xA. Oleh sebab itu pemisahan mudah dilakukan. Suatu bilangan ukuran pemisahan ini disebut relative volatility αAB. Hal ini didefinisikan sebagai rasio antara konsentrasi pada A di dalam uap berlebih dan konsentrasi A dalam cairan yang terbagi dari rasio konsentrasi pada B dalam uap berlebih dari konsentrasi B dalam cairan. 𝛼𝐴𝐵 =



𝑌𝐴 ⁄𝑋𝐴 𝑌𝐵 ⁄𝑋𝐴



𝑌 ⁄𝑋



𝐴 = (1−𝑌 𝐴)/(1−𝑋 ……………………(10) ) 𝐴



𝐴



Di mana αAB adalah relative volatility pada A terhadap B dalam sistem biner. Jika pada sistem Hukum Roult’s, misalnya pada sistem Benzene-Toluene



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



BAB I PENDAHULUAN



I-8



𝑌𝐴 =



𝑃𝐴 .𝑋𝐴 𝑃



𝑌𝐵 =



𝑃𝐵 .𝑋𝐵 𝑃



…………………………(11)



Disubtitusikan persamaan tersebut pada sistem ideal: 𝛼𝐴𝐵 =



𝑃𝐴 𝑃𝐵



………………………………………(12)



Persamaan berubah menjadi: 𝑌𝐴 =



𝛼.𝑋𝐴 1+(𝛼−1)𝑋𝛼



…………………………………(13)



Di mana α = αAB. Karena nilai αB di atas 1,0 memungkinkan terjadinya pemisahan. Nilai α boleh diganti sebagai perubahan konsentrasi, karena sistem biner mengikuti hukum Roult’s., relative volatility sering berubah terhadap konsentrasi yang besar dan tekanan total yang tetap. •



Persamaan FENSKE Untuk operasi relative volatility yang relative konstan, maka jumlah tahap minimum (pada



refluks total) dapat dihitung dengan persamaan FENSKE sebagai berikut: 1



𝑋𝐴𝐷(1−𝑋𝐴𝑊)



𝑁 + 1 = log 𝛼𝛼𝑣𝑔 [log [𝑋𝐴𝑊(1−𝑋𝐴𝐷)]]………………(14) Dimana α av = √𝛼𝑑 ∗ 𝛼𝑏 Ada tiga cara untuk menentukan komposisi distilasi batch rata-rata yang dipakai yaitu: 1. Cara Indeks Bias Yaitu mencari harga komposisi distilat rata-rata yang dicari. 2. Cara Reyleigh Dengan metode ini kita menggunakan persamaan: 𝐹



𝑋𝑓



ln 𝐵 ∫𝑋𝑏



𝑋𝐵 𝑋𝐷−𝑋𝐵



………………………………(15)



Persamaan ini dapat diubah menjadi: 𝑋𝐷 =



𝑋𝐹.𝐹−𝑋𝐵.𝐵 𝐹−𝐵



……………………………(16)



3. Neraca Massa Dengan membuat neraca massa total distilasi batch dan salah satu neraca komponen. Neraca massa total: 𝐹 = 𝐷 + 𝐵………………………………….(17) Neraca massa komponen: 𝑥𝐹 . 𝐹 = 𝑥𝐷 . 𝐷 + 𝑥𝐵 . 𝐵………………………(18)



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



II-1



BAB II PERCOBAAN



BAB II METODOLOGI PERCOBAAN



II.1 Variabel Percobaan Variabel yang dipilih pada proses distilasi ini adalah larutan fermentasi pisang kepok dengan konsentrasi pelarut HCl 0 N; 0,75 N; 1 N; 1,5 N.



II.2 Alat dan Bahan Percobaan Alat Percobaan: 1. Beaker glass 2. Corong 3. Erlenmeyer 4. Gelas ukur 5. Labu leher tiga 6. pH meter 7. Seperangkat alat distilasi 8. Statif dan klem holder 9. Termometer 10. Timbangan



Bahan Percobaan: 1. Larutan hasil fermentasi pisang kepok



II.3 Prosedur Percobaan a. Distilasi Larutan Hasil Fermentasi 1. Menyaring larutan hasil fermentasi agar tidak tercampur dengan kotoran; 2. Menyiapkan seperangkat alat distilasi; 3. Mengisi labu leher tiga dengan larutan fermentasi yang akan di saring; 4. Mengumpankan air pendingin ke kondensor dan mengukur rate aliran air pendingin; 5. Menyalakan pemanas pada peralatan distilasi dan memulai distilasi. 6. Mengatur suhu pemanas dengan suhu 78,3 oC; 7. Membiarkan sistem berjalan sampai proses distilasi selesai.



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



II-2



BAB II PERCOBAAN b. Menghitung %Ethanol dengan Metode Piknometri



1. Menimbang piknometer kosong 25 ml dengan tutupnya dan mencatat angka pembacaan pada timbangan; 2. Mengisi piknometer dengan ethanol hasil distilasi sampai tanda batas kemudian menutupnya; 3. Menimbang piknometer yang berisi ethanol dan mencatat angka pembacaan pada timbangan; 4. Mengisi piknometer dengan air sampai tanda batas kemudian menutupnya; 5. Menimbang piknometer yang berisi air dan mencatat angka pembacaan pada timbangan. 6. Menghitung nilai densitas ethanol dan air menggunakan rumus: 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 =



(𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑝𝑖𝑘𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 + 𝑖𝑠𝑖) − (𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑝𝑖𝑘𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 𝑘𝑜𝑠𝑜𝑛𝑔) 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑝𝑖𝑘𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟



7. Membagi data densitas ethanol dengan air sehingga didapatkan hasil spesifik gravity ethanol; 8. Membaca nilai %ethanol pada tabel astm.



II.5 Gambar Alat Percobaan



Gambar II.1 Skema Alat Percobaan



Keterangan: 1. Pemanas listrik 2. Labu leher tiga



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



II-3



BAB II PERCOBAAN 3. fractional distillation coloumn 4. Kondernsor 5. Erlenmeyer 6. Slang air pendingin



Dimensi Alat : 1. Kolom Distilasi Tinggi kolom distilasi



: 1,23 m



Diameter kolom distilasi



: 0,029 m



Volume labu leher tiga



: 2000 mL dengan D = 0,166 m



Jumlah plate



:2



Tipe packing



: Raschig Ring



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



BAB III HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN



III-1



BAB III HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN III.1



Hasil Perhitungan Bahan baku yang digunakan adalah kulit Pisang Kepok yang diperoleh dari limbah ukm



pisang goreng dan keripik pisang. Kulit pisang kepok memiliki kandungan pati yang cukup tinggi yaitu 11.48% sehingga berpotensi untuk menghasilkan bioethanol. Berikut adalah hasil analisa yang didapat menurut BPKI: Tabel III.1 Hasil Analisa No



Hasil Tes Kimiawi



Kadar (%)



Laboratorium 1



Pati



11,48



2



Selulosa



21,80



3



Hemiselulosa



4,05



4



Lignin



4,01



Dari hasil analisa diatas kulit Pisang Kepok dapat digunakan sebagai sumber bioethanol karena kandungan pati yang terkandung cukup tinggi. Pati merupakan polimer yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan bioethanol. Tabel III.2 Hasil Kadar Ethanol setelah Fermentasi



Tanpa HCl



HCl 0,75 N



HCl 1 N



HCl 1,5 N



Massa



Kadar Gula (g/l)



Kadar Ethanol



125



55,55555556



8,05



150



90,90909091



9,06



200



153,8461538



9,05



125



71,42857143



9,51



150



125



9,88



200



200



9,82



125



102,0408163



9,8



150



142,8571429



10,5



200



208,3333333



10,6



125



62,5



9,16



150



117,6470588



9,88



200



204,0816327



9,86



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



BAB III HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN III.2



III-2



Pembahasan Tujuan dari percobaan Batch Packed Column Distillation adalah mengetahui apakah



peralatan Batch Packed Distillation Column di laboratorium dapat melakukan operasi sesuai dengan kapasitas yang diinginkan dan kondisi operasi yang diinginkan, mengetahui kapasitas maksimum dari peralatan Batch Packed Distillation Column di laboratorium dan faktor penghambat percobaan, serta menghitung dan menentukan biaya maksimum operasi distilasi per kg produk. Langkah pertama yang dilakukan pada tahap fermentasi yaitu menyaring hasil fermentasi agar tidak tercampur dengan kotoran dan menyiapkan alat distilasi. Kemudian mengisi labu leher tiga dengan larutan fermentasi yang telah disaring. Selanjutnya mengumpankan air pendingin ke kondensor dan mengukur rate aliran air pendingin. Kemudian menyalakan pemanas pada peralatan distilasi dan memulai distilasi. Suhu pemanas diatur dengan sebesar 78,3oC. Membiarkan proses distilasi berjalan sampai proses distilasi selesai. Kemudian langkah kedua yang dilakukan yaitu menghitung % ethanol dengan metode piknometri dengan cara menimbang piknometer kosong 25 ml dengan tutupnya dan mencatat angka pembacaan pada timbangan. Lalu mengisi piknometer dengan ethanol hasil distilasi sampai tanda batas kemudian menutupnya dan menimbang piknometer yang berisi ethanol serta mencatat angka pembacaan pada timbangan. Kemudian dilanjutkan dengan menimbang piknometer yang berisi air dan mencatat angka pembacaan pada timbangan. Lalu menghitung nilai densitas ethanol dan air. Lalu membagi data densitas ethanol dengan air sehingga didapatkan hasil spesifik gravity ethanol. Kemudian membaca nilai %ethanol pada tabel astm. III.2.1 Produksi Ethanol pada Proses Fermentasi Proses fermentasi dengan bantuan bakteri yeast Saccharomyses Cerivisiae bertujuan untuk mengkonversi gula reduksi yang terbentuk pada proses hidrolisis menjadi ethanol dengan lama waktu fermentasi selama 3 hari. Dari proses fermentasi selama 3 hari didapatkan hasil kadar ethanol dari kadar gula reduksi awal seperti pada Tabel III.2 Hasil Kadar Ethanol Setelah Fermentasi paling tinggi yaitu pada variabel 200 g/l dengan konsentrasi HCl 1N didapat kadar alkohol sebesar 10,6%. Hidrolisis asam dan hidrolisis tanpa asam bertujuan untuk mengkonversi selulosa yang terdapat pada kulit pisang menjadi glukosa yang merupakan bahan baku pembuatan bioethanol. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa kadar ethanol yang tinggi didapatkan dari konsentrasi asam (HCl) yang optimal terdapat pada konsentrasi 1 N. Hal ini disebabkan oleh konsentrasi asam yang tinggi menyebabkan tumbukan antar reaktan dan produk akan semakin



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



BAB III HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN



III-3



besar sehingga kadar glukosa yang dihasilkan juga semakin besar. Namun apabila konsentrasi asam terlalu besar dapat menyebabkan hasil hidrolisa akan tetap berjalan dan hasil dari glukosa akan rusak akibat dari konsentrasi asam yang tinggi. Kadar optimum dari asam (HCl) yang digunakan pada hidrolisis ini yaitu sebesar 1 N untuk menghasilkan kadar glukosa tertinggi pada hidrolisis kulit pisang kepok didapat kadar alkohol maksimal 10,6 %. Proses hidrolisis ini yang akan menghasilkan kadar glukosa akan mempengaruhi kadar alkohol nanti setelah proses fermentasi. Nantinya kadar tersebut akan menentukan % dari kadar alkohol yang dihasilkan (Artiati, 2012). III.2.2 Hasil Ethanol setelah Distilasi Ethanol hasil fermentasi pada variable 200 g/l dengan konsentrasi HCl 1N yang memiliki kadar alcohol 10,6%, kemudian akan di distilasi selama 3 jam kadar ethanol yang dihasilkan sebesar 86,8%. Pada proses distilasi ethanol yang dihasilkan sebanyak 50ml dari 2 liter larutan setelah fermentasi pada variabel 200 g/l dengan konsentrasi tanpa HCl. Hasil dari distilasi ethanol menunjukan kadar ethanol sebesar 86,8%. Kadar ethanol destilat yang diperoleh dalam penelitian ini masih belum maksimal jika akan digunakan sebagai bahan baku pembuat bahan bakar. Hal ini disebabkan oleh bertambahnya jumlah air yang ikut menguap dengan jumlah tidak sebanding dengan jumlah ethanol yang diuapkan (Marjoni, 2016). Selanjutnya dihitung pula nilai dari massa air pendingin yang digunakan. Diperlukan air pendingin sebanyak 3000 kg. Dari kebutuhan air pendingin maka dapat dicari berapa energi yang dibutuhkan selama proses berlangsung. Dimana Q= 19.865,537 Kcal. Kemudian jumlah energi yang dibutuhkan pada proses distilasi sendiri yaitu 966.783,7331 Kcal. Maka, jumlah energi total yang dibutuhkan yaitu 986.649,2699 Kcal atau setara dengan 1.147,47 kWh. Bila asumsi pemanas bekerja dengan efisiensi maksimal. Dan biaya / kwh sekitar Rp. 996,74/kWh. Maka biaya yang dibutuhkan adalah Rp1.143.732,339/ 58,48296 kg ethanol atau Rp19.556,67999 / kg ethanol. Distilasi yang berlangsung memenuhi problem statement dimana kadar ethanol yang dihasilkan yaitu 86,8%. Dimana dalam proses saat ini volume larutan yang digunakan yaitu 500 L dengan diharapkan 12% dari larutan tersebut membentuk ethanol. Adapun desain yang digunakan dalam proses distilasi untuk volume 500 liter yaitu tinggi packing adalah 1,38 meter. Lalu diameter kolom percobaan adalah 0,029 meter, diameter tangkinya adalah 0,166 meter, dan diameter tangki scale upnya yaitu 0,846519 meter. Maka secara teoritis diameter kolom Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



BAB III HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN



III-4



scale upnya yaitu 0,147885 meter dan tinggi kolom distilasi yang dibutuhkan adalah 6,2724 meter dengan penggunaan dari jenis packed adalah random packing dengan ukuran 1 inch dan terdapat 3 plate.



III.3 Sistem Perpindahan Panas Distilasi merupakan proses memanaskan bahan fermentor dalam bejana hingga ethanol / bioethanol menguap dan terpisah dari fasa lain pada temperatur referensnya. Pada dasarnya, proses ini merupakan proses perpindahan panas secara konveksi yaitu perpindahan panas dari satu tempat ke tempat lain karena adanya perpindahan fluida, proses perpindahan panas melalui perpindahan massa. Dalam hal ini perpindahan panas terjadi pada elemen pemanas atau elemen lainnya seperti kondensor yang menyentuh fluida fermentor, sebagaimana prinsip kerja boiler untuk menghasilkan uap. Uap yang terpisah akibat pemanasan selanjutnya disebut volatile. Volatile ini akan mengalami proses-proses seperti proses kondensasi yang terjadi pada kondensor. Fenomena yang terjadi di kondensor ini merupakan proses perpindahan panas dengan metode konveksi paksa antara fluida air yang menyentuh dinding pipa kondensor dengan uap bioethanol. Perpindahan kalor konveksi paksa secara teoritis pada dinding tabung kondensor sama dengan kalor yang dibuang oleh kondensor, dapat dihitung dengan menggunakan persaan hukum Newton: 𝑞 = ℎ𝐴 (𝑇𝑤 − 𝑇∞ ) Dan perpindahan kalor per satuan panjang dihitung dihitung berdasarkan persamaan : 𝑞/𝐿 = ℎ𝐴 (𝑇𝑤 − 𝑇∞ ) Dimana jumlah perpindahan kalor q (W), koefisien perpindahan kalor konveksi paksa untuk permukaan tabung vertical (h).



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



BAB IV KESIMPULAN



IV-1



BAB IV KESIMPULAN



Dari percobaan dan perhitungan yang telah dilakukan, didapatkan kesimpulan sebagai berikut: 1. Peralatan Batch Packed Distillation Column di laboratorium dapat melakukan operasi sesuai dengan kapasitas yang diinginkan dan kondisi operasi yang diinginkan dengan hasil etanol yang memiliki kadar 86,8%. 2. Kapasitas maksimum dari peralatan Batch Packed Distillation Column di laboratorium adalah 500 liter dengan asumsi 24 jam kerja 3. Biaya maksimum operasi distilasi (meliputi penggunaan air pendingin dan listrik) per kg produk ialah Rp 19.556,6799/kg etanol. Sedangkan energi total yang dibutuhkan yaitu 986.649,2699 Kcal atau setara dengan 1.147,47 kWh.



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



DAFTAR PUSTAKA



v DAFTAR PUSTAKA



APV.Destillation Handbook.fourth edition. Americas, Engineered Systems 395 Fillmore AvenueTonawanda, N.Y. .2014 Coulson, J.M. Richardson, Sinnot, R.K. 1983.Chemical Engineering Volume 6 (SI Units) Design. Oxford: Pergamon Press. Geankoplis, C. (2003). Transport Processes and Separation Process Principles (Includes Unit Operations). 4th edition. New Jersey: Prentice Hall. Kreul, L. U., Górak, A., Barton, P.I.,“Dynamic Rate – Based Model for Multicomponent Batch Distillation”, AIChE Journal, Volume 45, No.9, pp. 1953 – 1962, September (1999). Marco Mazzotti. Distillation –side streams. http://www.hypervt.ethz.ch/distillationsidestr eams.php.diakses februar 2013 Mc. Cabe, W.L., Smith. J.C., Harri.1985. Unit Operation of Chemical Engineering, edisi ke-5. Mc. Graw Hill International Edition. Co. Ltd. Singapore. Permatasari, Ratih. Atlway, Ali. Susianto. Pemodelan Dan Simulasi Distilasi Batch Broth Fermentasi Pada Tray Column Dengan Serabut Wool. Jurnal Teknik Kimia Vol.9, No.2, April 2015. Pfeifer.Practica in Process Engineering II. Zurich, February 6, 2014.



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



DAFTAR NOTASI



vi DAFTAR NOTASI



Notasi ∆H Cp M n V Ls D VL VT



Keterangan Enthalpy Kapasitas Panas Massa mol Volume Tinggi tangki Diameter Volume Liquid Volume Tangki



Laboratorium Teknik Kimia FTIRS-ITS



Satuan cal Cal/goC kg mol liter m m L L



APPENDIKS NERACA MASSA 1. FERMENTASI Konversi glukosa menjadi etanol kadar etanol = kapasitas larutan = densitas = berat larutan = berat etanol =



12% 500 974,716 487,358 58,48296



berat liter kg/m3 kg kg



0,5 m3



Aliran NPK Aliran Urea Aliran S. Cerivisiae Aliran



Aliran C2H5OH FERMENTASI



C6H12O6



M R P



C6H12O6 0,755453249 0,634580729 0,12087252



Konversi reaksi Etanol yang terbentuk Neraca massa komponen a. C6H12O6 C6H12O6 = mol mula-mula = = =



Aliran CO2



2C2H5OH + 1,269161458 1,269161458 : :



2CO2 1,269161458 1,269161458



84% 9,05%



136,1024573 massa C6H12O6 BM C6H12O6 136,1024573 180,16 0,755453249



kg kg kg/kmol kg kg/kmol kmol



C6H12O6 bereaksi



= =



84% X 0,634580729 kmol



0,755453249 kmol



C6H12O6 produk



= = = =



mol mula mula 0,755453249 0,12087252 21,77639317



kmol kg



mol bereaksi 0,634580729



b. C2H5OH C2H5OH yang terbentuk = = = =



2 2 1,269161458 58,48296



X X kmol kg



C6H12O6 bereaksi 0,634580729 X



46,08 kg/kmol



APPENDIKS c. CO2 CO2 yang terbentuk = = = = = =



mol



2X 2X 1,269161458 kmol X 1,269161458 X 55,8551612 kg



C6H12O6 bereaksi 0,634580729 BM 44,0095 kg/kmol



Menghitung yeast Saccharomyses Cerivisiae sebanyak 0,2% dari kadar glukosa (Soeprijanto, 2013) yeast yang ditambahkan 0,20% x kadar glukosa = 0,20% X = 0,272204915 kg



136,1025



Menghitung jumlah NPK dan urea yang ditambahkan yaitu sebanyak 0,5% (Soeprijanto, 2013) NPK yang ditambahkan 0,50% x kadar glukosa = 0,50% X = 0,680512287 kg Urea yang ditambahkan 0,50% x kadar glukosa = =



136,1025



0,50% X 0,680512287 kg



136,1025



TABEL A.1 NERACA MASSA FERMENTASI BAHAN MASUK MASSA (Kg) BAHAN KELUAR MASSA (Kg) ALIRAN 1 Aliran 5 C6H12O6 136,1024573 C2H5OH 58,48296 AIR 12752,04585 C6H12O6 21,77639317 PATI SISA 499,2 AIR 12752,04585 PATI SISA 499,2 HEMISELULOSA 202,5 LIGNIN 200,5 HEMISELULOSA 202,5 ABU 51,5 LIGNIN 200,5 13841,84831 ABU 51,5 NPK 0,680512287 ALIRAN 2 Urea 0,680512287 NPK 0,680512287 S. Cerivisiae 0,272204915 13787,63843 ALIRAN 3 Urea 0,680512287 ALIRAN 6 CO2 55,8551612 ALIRAN 4 S. Cerivisiae 0,272204915 TOTAL FEED MASUK



13843,48154



TOTAL FEED KELUAR



13843,48154



APPENDIKS 2. PENYARINGAN Fungsi : Untuk menyaring padatan dalam cairan yang terkandung dalam larutan Aliran



Aliran C2H5OH FILTRASI



Larutan Hasil Fermentasi Efesiensi penyaringan



Aliran Solid Waste



=



100%



TABEL A.2 NERACA MASSA FILTRASI BAHAN MASUK MASSA (Kg) BAHAN KELUAR MASSA (Kg) ALIRAN 6 Aliran 7 C2H5OH 58,48296 C2H5OH 58,48296 C6H12O6 21,77639317 AIR 12752,04585 AIR 12752,04585 12810,52881 PATI SISA 499,2 Aliran 8 HEMISELULOSA 202,5 C6H12O6 21,77639317 LIGNIN 200,5 PATI 499,2 ABU 51,5 NPK 0,680512287 HEMISELULOSA 202,5 Urea 0,680512287 LIGNIN 200,5 S. Cerivisiae 0,272204915 ABU 51,5 13787,63843 YEAST + NUTRISI 1,633229488 977,1096227 TOTAL FEED TOTAL FEED 13787,63843 13787,63843 MASUK KELUAR



3. DISTILASI Fungsi : Proses pemisahan etanol dengan air berdasar titik didihnya



Aliran C2H5OH



Aliran C2H5OH DISTILASI



Perhitungan neraca massa distilasi Kadar ethanol yang didapatkan kadar air massa produk massa air massa ethanol a. C2H5OH C2H5OH yang terbentuk



= = =



Aliran H2O



= = = = =



86,8% 13,20% 67,37668203 kg 7,71975072 kg 58,48296 kg



86,8% X 86,8% X 58,48296 kg



Massa Produk 67,37668203



APPENDIKS b. H2O H2O yang teruapkan



= =



H2O sisa



13,20% X 8,893722028 kg



=



mula-mula



= =



67,37668



-



yang teruapka 8,893722



12752,04585 12743,15213 kg



TABEL A.3 NERACA MASSA DISTILASI BAHAN MASUK MASSA (Kg) BAHAN KELUAR MASSA (Kg) ALIRAN 8 Aliran 9 C2H5OH 58,48296 C2H5OH 58,48296 AIR 12752,04585 AIR 8,893722028 12810,52881 67,37668203 Aliran 10 TOTAL FEED MASUK



12810,52881



AIR SISA TOTAL FEED KELUAR



12743,15213 12810,52881



4. KONDENSOR Fungsi : Untuk kondensasi Ethanol Air pendingin Aliran Aliran C2H5OH



Aliran C2H5OH



KONDENSER



Air pendingin Aliran TABEL A.4 NERACA MASSA DISTILASI BAHAN MASUK MASSA (Kg) BAHAN KELUAR MASSA (Kg) ALIRAN 10 Aliran 11 C2H5OH 58,48296 C2H5OH 58,48296 AIR 8,893722028 AIR 8,893722028 67,37668203 67,37668203 ALIRAN 12 H2O TOTAL FEED MASUK



Aliran 13 3000



3067,376682



H2O TOTAL FEED KELUAR



3000 3067,376682



APPENDIKS NERACA ENERGI KAPASITAS SATUAN PANAS BASIS WAKTU



: : :



500 L/Day kkal 1 HARI



Komposisi % Berat Fraksi AIR 69,11 0,6911 SELULOSA 21,8 0,218 HEMISELULOSA 4,05 0,0405 LIGNIN 4,01 0,0401 ABU 1,03 0,0103 TOTAL 100 1 DATA PERHITUNGAN Cp (kcal/kgºC) (Coulson) Elemen Solid Liquid satuan C 7,5 11,7 J/molºC H 9,6 18 J/molºC O 16,7 25,1 J/molºC Cp Air Komponen Cp (kcal/kgºC)Suhu 0,9987 30 Air 0,992 50 1,0001 60 1,005 90 1,0076 100



komponen Cp (kcal/kgºC) C6H10O5 0,30692 C6H12O6 0,3141 Lignin 0,0591 Selulosa 0,3069 Hemiselulosa 0,3053 C2H5OH 0,4185 Saccharomyces cerevisiae 0,3342 (NH4)2HPO4 0,34 Urea 22,45 CO2 0,2049 Abu 0,63



Komponen Pati Glukosa Serat



Rumus Molekul C H (C6H10O5)1000100200 C6H12O6 70,2 C6H10O5 45



Destilasi Fungsi



Proses pemisahan etanol dengan air berdasarkan titik didih Aliran C2H5OH



O 96000 216 96



83500 150,6 83,5



Aliran C2H5OH DESTILASI Aliran H2O



Neraca Panas Bahan Masuk ΔH in (Cal) = m x Cp X ΔT = (T-25) = (30-25) = 5 KOMPONEN C6H10O5 H2O



MASSA (kG) Cp (kcal/kgºC) T (C) 58,48296 0,4185 12752,0458 0,9987 12810,5288 ΔH =



ΔH (kCal) 5 122,3756 5 63677,34 63799,72



APPENDIKS Neraca Panas Bahan Keluar ΔH in (Cal) = m x Cp X ΔT = (T-25) = (100-25) = 75 KOMPONEN C6H10O5 H2O H2O SISA



MASSA (kG) 58,48296 8,89372203 12743,1521 12810,5288 Menghitung Kalor (Q) Asumsi Qloss = = = Hin + Qin = 63799,71654 + 63799,71654 +



Cp (kcal/kgºC) T (C) 0,4185 1,0076 1,0076 ΔH =



ΔH (kCal) 75 1835,634 75 672,0986 75 963000 965507,7



2% dari H in 2% x 1275,994 Hout + Qloss Qin = Qin = Qin = Qin = Qin =



63799,72



965507,7 966783,7 966783,7 902984 9,03E+08



+



1275,994331



kcal cal



63799,71654



Tabel Neraca Panas Destilasi Masuk Keluar Komponen Enthalpy KomponenEnthalpy C6H10O5 122,375594 C6H10O5 1835,633907 H2O 63677,3409 H2O 672,0985736 H2O SISA 963000,0063 63799,7165 965507,739 Qin 902984,017 Qloss 1275,994 Total 966783,733 Total 966783,733 Condensor Fungsi



Untuk Kondensasi Etanol



Air pendingin Aliran Aliran C2H5OH



KONDENSOR



Air pendingin Aliran Neraca Panas Bahan Masuk ΔH in (Cal) = m x Cp X ΔT = (T-25) = (100-25) = 75



Aliran C2H5OH



APPENDIKS



KOMPONEN MASSA (kG) Cp (kcal/kgºC) T (C) C6H10O5 58,48296 0,4185 H2O 8,89372203 1,0076 H2O PENDINGIN 3000 1,0076 ΔH =



ΔH (kCal) 75 1835,634 75 672,0986 75 226710 229217,7



Neraca Panas Bahan Keluar ΔH in (Cal) = m x Cp X ΔT = (T-25) = (30-25) = 5 KOMPONEN MASSA (kG) Cp (kcal/kgºC) T (C) C6H10O5 58,48296 0,4185 H2O SISA 8,89372203 1,0076 H2O PENDINGIN 3000 1,0076 ΔH = Menghitung Kalor (Q) Asumsi Qloss = = = Hin + 229217,7325 + 229217,7325 +



ΔH (kCal) 5 122,3756 5 44,80657 5 15114 15281,18



2% dari Hin 2% x 4584,355 kcal



229217,7



Qin Qin Qin Qin Qin



Hout 15281,18 19865,54 19865,54 -209352



= = = = =



+ + kcal



Tabel Neraca Panas Kondensor Masuk Keluar Komponen Enthalpy KomponenEnthalpy C6H10O5 1835,63391 C6H10O5 122,3755938 H2O 672,098574 H2O SISA 44,80657158 H2O PENDINGIN 226710 H2O PENDINGIN 15114 229217,732 15281,182 Qsupply -209352,2 Qloss 4584,355 19865,537 19865,537 total Q



destilasi kondensor Total Q



konversi ke kwh biaya per kwh >2000 kVA



= = = = = = Rp. = = Rp. = Rp.



966783,7331 19865,53681 986649,2699 986649,2699 1147,473101 996,74 1147,473101 1143732,339 19556,67666



kcal kcal kcal x 1,16E-03 kwh /kWh x 996,74 / 58,48296 kg ethanol / kg ethanol



Qloss 4584,35465 229217,7325



APPENDIKS Problem statement Fermentasi yang dihasilkan = 500 L dalam 24 jam kerja 1 jam = 20,83333 L Untuk Vessel dengan coil diisi 70% dari volume totalnya VL = 0,7 VT VT = 500 0,7 VT = 714,2857 L Diasumsikan: Ls = 1,5 D VT = phi/4 D^2 Ls 714,2857 = 0,785 D^2 1,5 D 714,2857 = 1,1775 D^3 D = 8,465196 dm = 0,84652 m Ls = 1,269779 m Jika mengacu pada praktikum yang telah dilakukan: Dari 500 L larutan yang di distilasi didapatkan produk distilat = 12% dari VT V= 60 L Distilat sudah memenuhi soal yaitu 86,8 % L1 = 500 L X1 = 12% L2 = Distilat = 60 L XD = 88% Bila ρ campuran untuk feed = 12% 0,7893 + 88% = 0,974716 Maka massa feed = 500 x 0,974716 = 487,358 kg massa distilat = 60 x ρ campuran = 58,48296 kg Massa di bottom (L2) = 487,358 58,48296 = 428,875 kg BM ethanol = 46,07 kg/kgmol BM air = 18 kg/kgmol Untuk L1 Massa Xa Xb BM campuran Mol L1



Untuk D Massa XD XDb BM campuran Mol D



= = = = = = = =



487,358 kg 12% 88% 12% 46,07 + 21,3684 kg/kgmol Massa/BM campuran 487,358 kg / 22,80742 kgmol



= = = = = = =



58,48296 88% 12% 88% 42,7016 58,48296 1,369573



88%



18



21,3684 kg/kgmol



kg



46,07 + kg/kgmol kg / kgmol



12%



18



42,7016 kg/kgmol



440 1



APPENDIKS Mencari X2 dengan neraca massa: X1 L1 = X2 L2 + 12% 487,358 = X2 428,875 + 58,48296 = 428,875 X2 + X2 = 0,016364 fraksi massa Massa L2 Massa X2 X2-b BM campuran Mol L2



Pada distilat α



= = = = = = = =



428,875 0,016364 1 0,983636 0,016364 18,45933 428,875 23,23351



=



yA/xA yB/xB = = yD yDb yD/xD yDb/xDb 0,822 0,178 0,934091 1,483333 0,629724



Dari data =



XD XDb Dari data kesetimbangan = αd



= = = =



Pada Bottom X2 = X2b = Dari data keseimbangan = αb



= =



α av



N



= = = = = = = =



XD



D 88% 58,48296 51,465



kg -



0,016364



46,07 + kg/kgmol kg / kgmol



0,983636



18



18,45933 kg/kgmol



0,88 0,12 = =



0,822 0,178



/ /



0,88 0,12



0,016364 0,983636 y2 = 0,527 y2b = 0,473 0,527 / 0,016364 0,473 / 0,983636 32,20556 0,480869 66,97369 𝑎𝑑 . 𝑎𝑏 0,6929724 . 36,37542 6,494225 log (xD/xDb) (x2b/x2) log α av log 7,333333 60,11111 0,812527 2,25436 3 plate



-1



APPENDIKS Menggunakan 1 in packing size, maka: Packing size (in) HETP (m) 1 0,46 1,5 0,67 2 0,91 Sehingga ditinggi packing: Z = HETP x N (jumlah plate) = 0,46 x 3 = 1,38 m Perbandingan diameter kolom dan diameter tangki percobaan: diameter kolom percobaan = diameter kolom scale up diameter tangki percobaan diameter tangki scale up 0,029 m = X m 0,166 m 0,84652 m X = 0,147886 m maka diameter kolom scale up = 0,147886 m Untuk tinggi kolom distilasi: diameter kolom percobaan = tinggi kolom percobaan 0,029 m = 1,23 m X = jadi tinggi kolom distilasi scale up =



diameter kolom scale up tinggi tangki scale up 0,147886 m X m 6,272404 m 6,272404 m