BAB I PENDAHULUAN 1.1.
Latar Belakang Distilasi merupakan suatu proses pemisahan dua atau lebih komponen zat
cair berdasarkan pada titik didih. Secara sederhana destisi dilakukan dengan memanaskan/menguapkan zat cair lalu uap tersebut didinginkan kembali supaya jadi cair dengan bantuan kondensor. Distilasi digunakan untuk memurnikan zat cair, yang didasarkan atas perbedaan titik didih cairan. Pada proses ini cairan berubah menjadi uap. Uap ini adalah zat murni. Kemudian uap ini didinginkan pada pendingin ini, uap mengembun manjadi
cairan
murni
yang disebut
destilat. Destilat dapat digunakan untuk memperoleh pelarut murni dari larutan yang mengandung zat terlarut misalnya distilasi air laut menjadi air murni . Distilasi adalah suatu
proses pemurnian
yang didahului dengan
penguapan senyawa cair dengan cara memanaskannya, kemudian mengembunkan uap yang terbentuk. Prinsip dasar dari distilasi adalah perbedaan titik didih dari zat-zat cair dalam campuran zat cair tersebut sehingga zat (senyawa) yang memiliki titik didih terendah akan menguap lebih dahulu, kemudian apabila didinginkan akan mengembun dan menetes sebagai zat murni (destilat). Distilasi digunakan untuk memurnikan zat cair, yang didasarkan atas perbedaan titik didih cairan. Pada proses ini cairan berubah menjadi uap. Uap ini adalah zat murni. Kemudian uap ini didinginkan pada pendinginan ini, uap mengembun manjadi cairan murni yang disebut destilat. 1.2. Rumusan Masalah 1. Apa yang dimaksud dengan Distilasi ? 2. Bagaimana contoh pengolahan minyak dengan distilasi bertingkat ? 1.3.
Tujuan
Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut : 1. Mengetahui definisi dari distilasi 2. Mengetahui produk yang dihasilkan serta alat yang digunakan dalam distilasi biasa 3. Memahami proses distilasi bertingkat d
1
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2
2.1. Sejarah Distilasi Distilasi pertama kali ditemukan oleh kimiawan Yunani sekitar abad pertama masehi yang akhirnya perkembangannya dipicu terutama oleh tingginya permintaan akan
spritus.
Hypathia
dari
Alexandria
dipercaya
telah
menemukan rangkaian alat untuk distilasi dan Zosimus dari Alexandria-lah yang telah berhasil menggambarkan secara akurat tentang proses distilasi pada sekitar abad ke-4 Bentuk modern distilasi pertama kali ditemukan oleh ahli-ahli kimia Islam pada masa kekhalifahanAbbasiah, terutama oleh Al-Razi pada pemisahan alkohol menjadi senyawa yang relatif murni melalui desain
ini
menjadi
semacam
inspirasi
alat
alembik,
bahkan
yang memungkinkan rancangan
distilasi skala mikro, The Hickman Stillhead dapat terwujud. Tulisan oleh Jabir Ibnu Hayyan (721-815) yang lebih dikenal dengan Ibnu Jabir menyebutkan tentang uap anggur yang dapat terbakar, ia juga telah menemukan banyak peralatan dan proses kimia yang bahkan masih banyak dipakai sampai saat kini. Kemudian teknik penyulingan diuraikan dengan jelas oleh Al-Kindi (801873). 2.2. Definisi Distilasi Distilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahanbahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan atau didefinisikan juga teknik pemisahan kimia yang berdasarkan perbedaan titik didih. Dalam penyulingan, campuran zat dididihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki
titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu. Metode ini
merupakan 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. Model ideal distilasi didasarkan pada Hukum Raoult dan Hukum Dalton. Distilasi adalah suatu teknik yang digunakan untuk memisahkan dan memurnikan cairan. Distilasi terdiri dari pemanasan cairan sampai pada titik didihnya, penghantaran uap pada alat pendingin dimana terjadi kondensasi dan mengambil zat yang telah terkondensasi.
3
Distilasi juga merupakan suatu perubahan cairan menjadi uap dan uap tersebut didinginkan kembali menjadi cairan. Unit operasi distilasi merupakan metode yang digunakan untuk memisahkan komponen-komponennya yang terdapat dalam salah satu larutan atau campuran dan bergantung pada distribusi komponen-komponen tersebu antara fasa uap dan fasa air. Syarat utama dalam operasi pemisahan komponen- komponen dengan cara distilasi adalah komposisi uap harus berbeda dengan komposisi cairan dengan terjadi keseimbangan larutanlarutan, dengan komponen-komponennya cukup dapat menguap. Bila zat non volatil dilarutkan ke dalam suatu zat cair tersebut akan turun. Hukum raoult menyataka bahwa tekanan masing-masing komponen berbanding langsung dengan fraksi molnya. Apabila yang didinginkan adalah bagian campuran yang tidak teruapkan dan bukan destilatnya, maka proses tersebut biasanya dinamakan pengentalan dengan evaporasi. Dalam
hal
ini
sering kali
bukan pemisahan
yang
sempurna yang dikehendaki, melainkan peningkatan konsentrasi bahan-bahan yang terlarut dengan cara menguapkan sebagian dari pelarut. Sering kali distilasi digunakan semata-mata sebagai tahap awal dari suatu proses rektifikasi. Dalam hal ini campuran dipisahkan menjadi dua, yaitu bagian yang mudah menguap dan bagian yang sukar menguap. Kemudian masing-masing bagian diolah lebih lanjut dengan cara rektifikasi. Uap yang dikeluarkan dari campuran disebut sebagai uap bebas, kondensat yang jatuh sebagai destilat dari bagian cairan yang tidak menguap sebagai residu. Biasanya destilat digunakan untuk menarik senyawa organic yang titik didihnya dibawah 250 0C, pendistilasian senyawa-senyawa yang titik didihnya tinggi dikuatirkan akan rusak oleh pemanasan sehingga tidak cocok untuk ditarik dengan teknik distilasi. Distilasi merupakan cara yang penting untuk melakukan pemisahan campuran atau senyawa dalam skala besar. Dari pencampuran air dan penerimaan uap dalam sebuah pemisahan campuran, molekul dalam gerakan tetap dan cenderung lepas dari permukaan fase uap. Dalam temperatur yang tepat, pelarian fenomena akan dilanjutkan ke kotak campuran yang dibatasi dengan uap basah. Distilasi ini dikatakan normal karena tekanan campuran yang telah dipisahkan, tekanannya sama dengan tekanan udara luar yang besarnya adalah satu atm.
4
Distilasi normal digunakan untuk memisahkan campuran volatil dari bahan yang tidak volatil. Itu dibuat dari cairan yang mendidih dan uap yang disimpan di dalam sebuah penerima hasil distilasi yang telah siap dilanjutkan dalam kotak pemisah. Pengaruh dari penambahan kolom fraksinasi akan mempersingkat beberapa pekerjaan pemisah dari distilasi biasa hanya menjadi satu pekerjaan. Proses distilasi berlangsung dimana uap cairan akan menjadi cairan di dalam kondensor pendingin. Cairan yang menjadi uap merupakan senyawa murni yang terpisah dari campurannya dan dari zat pengkotamin atau penyetor. Jika semua cairan sudah terpisah maka terdapat residu yang bersifat padatan. Hasil distilasi disebut distilat. Distilasi tergantung pada temperatur zatnya, beberapa molekul zat cair memiliki energi yang cukup untuk diubah dan membuat suatu tekanan uap. Kecendrungan untuk penguapan menjadi lebih besar karena energi kinetik yang ditambah dari kenaikan temperatur. Ketika suatu cairan dipanaskan sampai tekanan uapnya sama dengan atmosfer lingkungan cairan yang mendidih, maka hal ini disebut titik didih. Besarnya perbedaan titik didih beberapa senyawa berbanding lurus dengan tingkat kemudahan pemisahannya. Semakin besar perbedaan titik didih akan semakin mudah pula pemisahan senyawa tersebut. Dan sebaliknya, apabila perbedaan titik didih kecil maka akan semakin sulit pula pemisahan senyawa tersebut. Proses distilasi bisa dikerjakan dalam satu langkah menggunakan sebuah kolom fractionating antara botol distilasi dan alat kondensor. Salah satu tipe dari kolom adalah pipa vertilkal panjang yang sederhana dengan gelas embun
atau
material lembam lainnya. Sebuah tipe fractionating setelah
mendistilasi sebuah cairan bisa dilanjutkan. Kondensasi dan penguapan diulangi beberapa kali sebelum air bereaksi di kkondensor atau alat pendingin, akibatnya komponen terpisah dalam jumlah yang besar dari larutannya. Proses ini disebut distilasi fraksinasi. Untuk menggambarkan perbedaan ciri khas di antara sebuah zat dan sebuah larutan dilakukan dengan menguji dua cairan homogen sehingga berubah
5
sifatnya menjadi gas oleh pemanasan dan kemudian didinginkan. Proses inilah yang disebut distilasi. Hal-hal yang perlu diperhatikan pada waktu proses distilasi : 1. Termometer,
Termometer
tidak
boleh
dimasukan
sampai
mendekati/mengenai larutan, tetapi hanya diatas permukaan. 2. Disetiap terjadinya kenaikan suhu uap, lakukan penggantian wadah penampung distilat. 2.3. Pembagian Distilasi 1. Distilasi berdasarkan prosesnya terbagi menjadi dua, yaitu : a. Distilasi kontinyu b. Distilasi batch 2. Berdasarkan basis tekanan operasinya terbagi menjadi tiga, yaitu : a. Distilasi atmosferis b. Distilasi vakum c. Distilasi tekanan 3. Berdasarkan komponen penyusunnya terbagi menjadi dua, yaitu : a. Distilasi system biner b. Distilasi system multi komponen 4. Berdasarkan system operasinya terbagi menjadi dua, yaitu : a. Single-stage Distillation b. Multi stage Distillation 2.4. Macam-macam Distilasi 1. Distilasi sederhana 2. Distilasi bertingkat ( fraksional ) 3. Distilasi azeotrop 4. Distilasi vakum 5. Distilasi uap 6. Distilasi kering. BAB III PEMBAHASAN 3.1. Distilasi Bertingkat Distilasi bertingkat adalah proses pemisahan distilasi ke dalam bagianbagian dengan titik didih makin lama makin tinggi yang selanjutnya pemisahan
6
bagian-bagian ini dimaksudkan untuk distilasi ulang. Distilasi bertingkat merupakan proses pemurnian zat/senyawa cair dimana zat pencampurnya berupa senyawa cair yang titik didihnya rendah dan tidak berbeda jauh dengan titik didih senyawa yang akan dimurnikan. Distilasi ini bertujuan untuk memisahkan senyawa-senyawa dari suatu campuran yang komponen-komponennya memiliki perbedaan titik didih relatif kecil. Distilasi ini digunakan untuk memisahkan campuran aseton-metanol, karbon tetra klorida-toluen, dll. Pada proses distilasi bertingkat digunakan kolom fraksinasi yang dipasang pada labu distilasi. Tujuan dari penggunaan kolom ini adalah untuk memisahkan uap campuran senyawa cair yang titik didihnya hampir sama/tidak begitu berbeda. Sebab dengan adanya penghalang dalam kolom fraksinasi menyebabkan uap yang titik didihnya sama akan sama-sama menguap atau senyawa yang titik didihnya rendah akan naik terus hingga akhirnya mengembun dan turun sebagai destilat, sedangkan senyawa yang titik didihnya lebih tinggi, jika belum mencapai harga titik didihnya maka senyawa tersebut akan menetes kembali ke dalam labu distilasi, yang akhirnya jika pemanasan dilanjutkan terus akan mencapai harga titik didihnya. Senyawa tersebut akan menguap, mengembun dan turun/menetes sebagai destilat. Proses ini digunakan untuk komponen yang memiliki titik didih yang berdekatan. Pada dasarnya sama dengan distilasi sederhana, hanya saja memiliki kondensor yang lebih banya sehingga mampu memisahkan dua komponen yang memliki perbedaan titik didih yang bertekanan. Pada proses ini akan didapatkan substan kimia yang lebih murni, kerena melewati kondensor yang banyak. Pemisahan campuran cairan menjadi komponen dicapai dengan distilasi fraksional. Prinsip distilasi fraksional dapat dijelaskan dengan menggunakan diagram titik didih-komposisi gambar 1.1.
7
Gambar 1.1. kurva komposisi uap (Sumber : http://queen-tri.blogspot.com/2012/06/distilasi-bertingkat.html ) Dalam gambar ini, kurva atas menggambarkan komposisi uap pada berbagai titik didih yang dinyatakan di ordinat, kurva bawahnya menyatakan komposisi cairan. Bila cairan dengan komposisi l2 dipanaskan, cairan akan mendidih pada b1. Komposisi uap yang ada dalam kesetimbangan dengan cairan pada suhu b 1 adalah v1. Uap ini akan mengembun bila didinginkan pada bagian lebih atas di kolom distilasi (Gambar 1.1), dan embunnya mengalir ke bawah kolom ke bagian yang lebih panas. Bagian ini akan mendidih lagi pada suhu b2 menghasilkan uap dengan komposisi v2. Uap ini akan mengembun menghasilkan cairan dengan komposisi l3. Jadi, dengan mengulang-ulang proses penguapan-pengembunan, komposisi uap betrubah dari v1 ke v2 dan akhirnya ke v3 untuk mendapatkan konsentrasi komponen A yang lebih mudah menguap dengan konsentrasi yang tinggi.
8
Gambar 1.2. Diagram titik didih (Sumber : http://queen-tri.blogspot.com/2012/06/distilasi-bertingkat.html ) Komposisi larutan ideal campuran cauran A dan B. Komposisi cairan berubah dari l1 menjadi l2 dan akhirnya l3. Pada setiap tahap konsentrasi komponen B yang kurang mudah menguap lebih tinggi daripada di fasa uapnya Bila dibandingkan dengan komposisi cairan, konsentrasi toluen di fasa uap lebih besar menunjukkan bahwa adanya pengaruh distilasi fraksional. Kolom distilasi yang panjang dari alat distilasi digunakan di laboratorium memberikan luas permukaan yang besar agar uap yang berjalan naik dan cairan yang turun dapat bersentuhan. Di puncak kolom, termometer digunakan untuk mengukur suhu fraksi pertama yang kaya dengan komponen yang lebih mudah menguap
A.
Dengan
berjalannya
distilasi,
skala
termometer
meningkat
menunjukkan bahwa komponen B yang kurang mudah menguap juga ikut terbawa. Wadah penerima harus diubah pada selang waktu tertentu. .Contoh soal Distilasi fraksional Tekanan uap benzen dan toluen berturut-turut adalah 10,0 x 104 N m-2 dan 4,0 x 104 N m-2, pada80°C. a. Hitung fraksi mol toluen dalam uap yang berada dalam kesetimbangan dengan cairan yang terdiri atas 0,6 mol toluen dan 0,4 molar benzen.
9
b. Hitung fraksi mol toluen x dalam fas uap. Jawab Dengan bantuan hukum Raoult komposisi uapnya dapat dihitung sebagai berikut. Jumlah mol toluen di uap /jumlah mol benzen di uap ¿
[ 0,60× ( 4,0 × 104 ) ] [ 0,40×(10,0 ×10 4) ]
=0,60 Fraksi mol toluen di uap x adalah:
x =0,60 ( 1−x ) x=
0,60 =0,375 1,0+ 0,60 Bila perbedaan titik didih A dan B kecil, distilasi fraksional harus diulang-
ulang untuk mendapatkan pemisahan yang lebih baik. Produksi minyak bumi tidak lain adalah distilasi fraksional yang berlangsung dalam skala sangat besar. Pemisahan campuran dengan distilasi didasarkan pada perbedaan titik didih. Cara ini dapat digunakan untuk memisahkan campuran yang mempunyai titik didih berbeda. Campuran antara air dan bensin pun dapat dipisahkan dengan cara distilasi. Semakin jauh perbedaan titik didih, semakin mudah campuran tersebut dipisahkan. 3.2.
Dasar Pemisahan dengan Distilasi Bertingkat Prinsip dasar pemisahan distilasi bertingkat adalah perbedaan titik didih di antara fraksi-fraksi minyak mentah. Jika selisih titik didih tidak berbeda jauh maka penyulingan tidak dapat diterapkan Hidrokarbon yang memiliki titik didih paling rendah akan terpisah lebih dulu, disusul dengan hidrokarbon yang memiliki titik didih lebih tinggi.
3.2.1. Proses Distilasi Bertingkat Distilasi bertingkat merupakan proses pemurnian zat/senyawa cair dimana zat pencampurnya berupa senyawa cair yang titik didihnya rendah dan tidak berbeda jauh dengan titik didih senyawa yang akan dimurnikan. Dengan perkataan lain, distilasi ini bertujuan untuk memisahkan senyawa-senyawa dari suatu campuran yang komponen-komponennya memiliki perbedaan titik didih
10
relatif kecil. Distilasi ini digunakan untuk memisahkan campuran asetonmetanol, karbon tetra klorida-toluen, dan lain-lain. Pada proses distilasi bertingkat digunakan kolom fraksinasi yang dipasang pada labu distilasi. Tujuan dari penggunaan kolom ini adalah untuk memisahkan uap campuran senyawa cair yang titik didihnya hampir sama/tidak begitu berbeda. Sebab dengan adanya penghalang dalam kolom fraksinasi menyebabkan uap yang titik didihnya sama akan sama-sama menguap atau senyawa yang titik didihnya rendah akan naik terus hingga akhirnya mengembun dan turun sebagai destilat, sedangkan senyawa yang titik didihnya lebih tinggi, jika belum mencapai harga titik didihnya maka senyawa tersebut akan menetes kembali ke dalam labu distilasi, yang akhirnya jika pemanasan dilanjutkan terus akan mencapai harga titik didihnya. Senyawa tersebut akan menguap, mengembun dan turun/menetes sebagai destilat. Cara melakukan distilasi bertingkat yaitu : 1. Susun/set alat distilasi bertingkat. 2. Masukan zat sampel dan batu didih ke dalam labu dasar bulat, panaskan labu dengan melalui penangas sampai campuran mendidih. 3. Atur pemanasan sehingga destilat yang keluar mendekati 2 mL (60 tetes) per menit. 4. Pasang pada labu dasar bulat 250 mL kolom fraksinasi Vigreux atau kolom lain yang sesuai. 5. Tutup ujung atas kolom dengan termometer sedemikian rupa sehingga ujung termometer berada 5-10 mm di bawah pipa pengalir pada kolom fraksinasi. 6. Hubungkan pipa pengalir pada kolom dengan pendingin (panjangnya 6070 cm) dan pasang seperti untuk melakukan distilasi sederhana. Siapkan 5 3.2.2.
labu erlenmeyer yang bersih dan kering untuk menampung destilat. Perbedaan Distilasi dan Distilasi Bertingkat Perbedaan distilasi fraksinasi dan distilasi sederhana adalah adanya kolom fraksionasi. Di kolom ini terjadi pemanasan secara bertahap dengan suhu yang berbeda-beda pada setiap platnya. Pemanasan yang berbeda-beda ini bertujuan untuk pemurnian distilat yang lebih dari plat-plat di bawahnya.
Semakin ke atas, semakin tidak volatil cairannya. 3.2.3. Syarat Terjadinya Distilasi Syarat distilasi bertingkat agar distilasi berjalan dengan sempurna adalah:
11
1. Syarat utama agar terjadinya proses distilasi adalah adanya perbedaan komposisi antara fase cair dan fase uap. 2. Distilasi dilakukan secara pengolahan secara fisika yang primer 3. Harus homogen 4. Zat yang di campurkan atau bercampur tidak boleh menghasilkan panas, warna, ataupun tanda-tanda reaksi kimia lainnya, karena distilasi ini merupakan pengolahan/pemisahan secara proses fisika bukan secara proses kimia 5. Distilasi dilakukan dengan paling banyak sebagai pelarutnya 6. Zat yang titik didihnya rendah akan memiliki fraksi pada fase uap yang lebih banyak/baik dari pada fraksi pada fase cair, ataupun sebaliknya. 3.3.
Pengolahan Minyak Bumi Dengan Distilasi Bertingkat Minyak bumi ditemukan bersama-sama dengan gas alam. Minyak bumi yang
telah dipisahkan dari gas alam disebut juga minyak mentah (crude oil). Minyak mentah dapat dibedakan menjadi:
Minyak mentah ringan (light crude oil) yang mengandung kadar logam dan belerang rendah, berwarna terang dan bersifat encer (viskositas rendah).
Minyak mentah berat (heavy crude oil) yang mengandung kadar logam dan belerang tinggi, memiliki viskositas tinggi sehingga harus dipanaskan agar meleleh.
Minyak mentah merupakan campuran yang kompleks dengan komponen utama alkana dan sebagian kecil alkena, alkuna, siklo-alkana, aromatik, dan senyawa anorganik. Meskipun kompleks, untungnya terdapat cara mudah untuk memisahkan komponen-komponennya, yakni berdasarkan perbedaan nilai titik didihnya. Proses ini disebut distilasi bertingkat. Untuk mendapatkan produk akhir sesuai dengan yang diinginkan, maka sebagian hasil dari distilasi bertingkat perlu diolah lebih lanjut melalui proses konversi, pemisahan pengotor dalam fraksi, dan pencampuran fraksi. Distilasi bertingkat Dalam proses distilasi bertingkat, minyak mentah tidak dipisahkan menjadi komponen-komponen murni, melainkan ke dalam fraksi-fraksi, yakni kelompokkelompok yang mempunyai kisaran titik didih tertentu. Hal ini dikarenakan jenis komponen hidrokarbon begitu banyak dan isomer-isomer hidrokarbon mempunyai titik didih yang berdekatan. Proses distilasi bertingkat ini dapat dijelaskan sebagai berikut:
12
Minyak mentah dipanaskan dalam boiler menggunakan uap air bertekanan tinggi sampai suhu ~600oC. Uap minyak mentah yang dihasilkan kemudian dialirkan ke bagian bawah menara/tanur distilasi.
Dalam menara distilasi, uap minyak mentah bergerak ke atas melewati pelatpelat (tray). Setiap pelat memiliki banyak lubang yang dilengkapi dengan tutup gelembung (bubble cap) yang memungkinkan uap lewat.
Dalam pergerakannya, uap minyak mentah akan menjadi dingin. Sebagian uap akan mencapai ketinggian di mana uap tersebut akan terkondensasi membentuk zat cair. Zat cair yang diperoleh dalam suatu kisaran suhu tertentu ini disebut fraksi.
Fraksi yang mengandung senyawa-senyawa dengan titik didih tinggi akan terkondensasi di bagian bawah menara distilasi. Sedangkan fraksi senyawasenyawa dengan titik didih rendah akan terkondensasi di bagian atas menara.
Sebagian fraksi dari menara distilasi selanjutnya dialirkan ke bagian kilang minyak lainnya untuk proses konversi.
Gambar 1.3. Distilasi Bertingkat Pengolahan Minyak Bumi (Sumber : http://queen-tri.blogspot.com/2012/06/distilasi-bertingkat.html )
13
BAB IV PENUTUP 4.1.
Kesimpulan 1. Distilasi atau penyulingan adalah
suatu
metode pemisahan bahan
kimia
berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan atau didefinisikan juga teknik pemisahan kimia yang berdasarkan perbedaan titik didih. 2. Distilasi dibagi berdasarkan prosesnya (Kontinyu dan Batch), berdasarkan tekanan operasinya (atmosferis, vakum, dan distilasi tekanan), berdasarkan komponen penyusunnya (biner dan multi momponen), berdasarkan system operasinya (single-stage operation dan multi stage operation). 3. Salah satu penerapan terpenting dari metode distilasi adalah pemisahan minyak mentah menjadi bagian-bagian untuk penggunaan khusus seperti untuk transportasi, pembangkit listrik, pemanas, dll. 4. Dasar utama pemisahan dengan cara distilasi adalah perbedaan titik didih cairan pada tekanan tertentu.
14
5. Distilasi bertingkat adalah proses pemisahan dua bahan yang mempunyai titik didih yang tidak berbeda jauh. 6. Prinsip dasar pemisahan distilasi bertingkat adalah perbedaan titik didih di antara fraksi-fraksi minyak mentah.
15