TUGAS

ANALISIS PROSES TEKNIK KIMIA LANJUT

ANALISIS UNJUK KERJA KOLOM DISTILASI

PROSES PEMISAHAN BENZENE-TOLUENE

Oleh :

KELOMPOK 6

ADE NURISMAN 23009019

MOHAMMAD RESALTO PRADEWA 23009021

KEVIN RIZKY LISMANA 23009031

2010

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

BANDUNG

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI.....................................................................................................................ii

DAFTAR GAMBAR.......................................................................................................iii

I. Pendahuluan...............................................................................................................1

II. Deskripsi Masalah......................................................................................................1

III. Ringkasan Proses........................................................................................................1

IV. Analisa Variabel Proses..............................................................................................3

V. Unit Operasi dan Spesifikasinya................................................................................3

VI. Batasan Simulasi Proses.............................................................................................4

VII. Hasil dan Pembahasan................................................................................................4

a. Simulasi Model PFD..............................................................................................4

b. Analisis Sensitivitas...............................................................................................5

VII. Kesimpulan...............................................................................................................12

DAFTAR PUSTAKA......................................................................................................13

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Bagian Umum Kolom Destilasi...................................................................2

Gambar 2. Diagram proses pembangkit listrik tenaga uap sederhana...........................3

Gambar 3. Grafik Hubungan Laju Alir Mol Benzen Terhadap Laju Alir Mol Boil-up dan Recovery................................................................................................5

Gambar 4. Grafik Hubungan Laju Alir Mol Benzen Terhadap Daya Reboiler dan Recovery.......................................................................................................6

Gambar 5. Grafik Hubungan Laju Alir Mol Benzen Terhadap Reboiler Rate dan Recovery.......................................................................................................7

Gambar 6. Grafik Hubungan Laju Alir Mol Benzen Terhadap Laju Alir Mol Reflux dan Recovery................................................................................................8

Gambar 7. Grafik Hubungan Laju Alir Mol Benzen Terhadap Laju Alir Mol Boil-up dan Recovery................................................................................................9

Gambar 8. Grafik Hubungan Laju Alir Mol Benzen Terhadap Max Flooding (%) dan Recovery.....................................................................................................10

Gambar 9. Grafik Hubungan Laju Alir Mol Benzen Terhadap Temperatur Kondensor dan Recovery..............................................................................................11

Gambar 10. Grafik VLE.................................................................................................11

iii

I. PENDAHULUAN

Distilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan

perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan. 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.

Umumnya proses distilasi dalam skala industri dilakukan dalam menara, oleh karena

itu unit proses dari distilasi ini sering disebut sebagai menara distilasi (MD). Menara distilasi

biasanya berukuran 2-5 meter dalam diameter dan tinggi berkisar antara 6-15 meter. Masukan

dari menara distilasi biasanya berupa cair jenuh (cairan yang dengan berkurang tekanan

sedikit saja sudah akan terbentuk uap) dan memiliki dua arus keluaran, arus yang diatas

adalah arus yang lebih volatil (lebih ringan/mudah menguap) dan arus bawah yang terdiri dari

komponen berat. Secara umum menara distilasi terbagi dalam 2 jenis kategori besar, yaitu:

1. Menara Distilasi tipe Stagewise, MD ini terdiri dari banyak plate yang memungkinkan

kesetimbangan terbagi-bagi dalam setiap platenya, dan

2. Menara Distilasi tipe Continous, yang terdiri dari packing dan kesetimbangan cair-

gasnya terjadi di sepanjang kolom menara.

II. DESKRIPSI MASALAH

1. Pengembangan model operasi distilasi dalam pemisahan benzen dab toluen.

2. Analisis sensitivitas pengaruh perubahan laju molar benzen terhadap berbagai

variabel, antara lain rasio reflux, rasio boilup, daya kondensor, daya reboiler, laju alir

produk distilat, laju alir produk bawah, dan lain sebagainya pada berbagai macam

proses recovery.

III. RINGKASAN PROSES

Destilasi adalah proses pemisahan secara fisik (physical separation) yang berdasarkan

perbedaan titik didih, dan sedikitnya dibutuhkan dua komponen. Proses pemisahan tidak

dapat dilakukan apabila kedua komponen memiliki titik didih yang sama dan kondisi ini

lazimnya disebut dengan azeotrop. Pemisahan destilasi dua komponen memang jarang

ditemukan pada proses-proses di industri, tetapi dengan mempelajari pemisahan destilasi dua

1

komponen ini akan memberikan pemahaman yang cukup baik mengenai pengaruh-pengaruh

dari berbagai variabel yang ada (seperti, reflux rasio, kondisi umpan, kemurnian produk dan

lain-lain).

Secara umum sebuah kolom distilasi terdiri dari :

Vessel atau kolom itu sendiri, dimana pada kolom ini lah terjadi pemisahan, aliran yang

terjadi didalamnya secara countercurrent atau cocurrent, uap yang berasal dari reboiler

naik kebagian atas kolom, sedangkan liquid yang disupplai dari reflux turun kebawah.

Didalam kolom terdapat plate atau piring (disebut juga dengan stage) pada plate ini lah

terjadi proses pemisahan yang efektif.

Condenser, berfungsi untuk mengkondensasikan uap (V’) yang berasal dari kolom, 

kondensor dapat mengkondensasikan seluruh uap yang berasal dari kolom (disebut juga

dengan total kondenser, tidak dihitung sebagai 1 stage), atau dapat pula

mengkondensasikan sebagaian uap (partial kondenser, dihitung sebagai 1 stage).

Accumulator, berfungsi sebagai penyedia reflux (R).

Reboiler, menguapkan kembali liquid yang berasal dari kolom distilasi (L”) dan

(umumnya dihitung sebagai 1 stage).

Gambar 1. Bagian Umum Kolom Destilasi

2

Menurut McCabe (2005), dalam prakteknya distilasi didasarkan pada dua prinsip

metode dasar. Metode pertama berdasarkan pada produksi uap (vapor) dengan mendidihkan

cairan campuran untuk dipisahkan dan di-kondensasi uapnya tanpa meloloskan cairan untuk

kembali ke kolom pemisahan. Dalam hal ini adalah tanpa adanya proses reflux. Metode

kedua berdasarkan pada kembalinya salah satu bagian kondensat ke kolom pemisahan dalam

kondisi dimana cairan yang dikembalikan ini dibawa untuk meningkatkan kontak dengan uap

dalam perjalanannya menuju kondensor. Kedua metode tersebut dapat dilakukan pada proses

kontinyu maupun proses batch.

IV. ANALISA VARIABEL PROSES

Aliran benzene laju alir ditetapkan sebesar 0.4 kgmole/hr, dan komposisi ditetapkan

murni komponen benzen dengan fraksi mol = 1.

Aliran toluene laju alir ditetapkan berdasarkan laju alir aliran benzen, dan

komposisi ditetapkan murni komponen toluen dengan fraksi mol =

1.

Aliran umpan ditetapkan sebesar 1 kgmole/hr. Aliran campuran di-split sebagai

feed dan dummy agar dapat diketahui perubahan alirannya saat

dilakukan variasi operasi pada unit operasi distilasi. Tekanan

ditetapkan sebesar 2 bar. Fasa campuran ditetapkan dalam fasa cair.

Aliran destilate laju alir molar dan komposisi komponen ditetapkan sebesar 30

kgmole/hr dengan komposisi kemurnian benzen sebesar 88.5%.

Kolom distilasi jumlah stage/tray pada kolom distilasi ditetapkan sebanyak 20

stage/tray + kondensor + reboiler. Aliran umpan memasuki kolom

distilasi pada stage/tray 13.

V. UNIT OPERASI DAN SPESIFIKASINYA

Unit operasi utama dan spesifikasi masing-masing unit operasi pemodelan proses

pemisahan benzen-toluen ini adalah:

1. Mixer (MIX-100)

Mixer berfungsi untuk mencampur aliran benzen dengan aliran toluen. Temperatur,

dan laju alir keluaran mixer terhitung secara otomatis dengan ditetapkannya tekanan

sebesar 2 bar, dan laju alir aliran benzen dan toluene sebesar 1 kgmole/hr.

2. Spliter (TEE-100)

3

Spliter berfungsi sebagai pemecah aliran umpan campuran. Penggunaan spliter

dimaksudkan agar perubahan laju umpan masuk kolom distilasi dapat diamati saat

kondisi operasi kolom distilasi divariasikan. Penggunaannya dimodifikasi dengan

pembuatan aliran dummy agar laju alir molar umpan campuran tetap 1 kgmole/hr.

3. Kolom Distilasi (T-100)

Kolom distilasi merupakan unit operasi utama dalam proses pemisahan benzen-toluen.

Kolom distilasi ini ditetapkan terdiri dari 20 stage/tray ditambah dengan unit operasi

kondensor dan reboiler yang telah terintegrasi dalam satu sistem kolom distilasi. Kolom

destilasi dispesifikasi laju aliran distilat (top product) sebesar 30 kgmole/hr dengan rasio

reflux sebesar 2.38. Unjuk kerja kolom distilasi ini mampu memisahkan produk top

dengan kemurnian 88.5%.

VI. BATASAN SIMULASI PROSES

Pemodelan proses pemisahan benzen-toluen ini menggunakan bantuan software

Aspen Hysys 2006.5. Properti fluid package yang digunakan dalam pemodelan ini adalah

NRTL Ideal. Simulasi proses dilakukan pada rentang laju alir molar benzen antara 0.24–0.40

kgmole/hr dan pada berbagai macam tingkat recovery proses, yakni pada tingkat recovery

75%, 80%, 85%, 90%, dan 95%.

VII. HASIL DAN PEMBAHASAN

a. Simulasi Model PFD

Gambar 2. Model Simulasi PFD Proses Pemisahan Benzen-Toluen

4

b. Analisis Sensitivitas

Gambar 3. Grafik Hubungan Laju Alir Mol Benzen Terhadap Laju Alir Mol Boil-up dan Recovery

Pada kondisi laju alir mol benzen di umpan tetap, peningkatan persentase recovery

dapat menyebabkan laju alir mol uap dari reboiler meningkat. Hal tersebut disebabkan laju

mol umpan yang masuk ke kolom destilat (F) menurun karena pengaruh dari konsentrasi

kemurnian benzene pada umpan yang masuk ke kolom destilasi (zf) dan persentase recovery

(Γ) pada kondisi konsentrasi kemurnian benzene di destilat (xD) dan laju alir mol destilat (D)

tetap. Dengan demikian, usaha untuk memurnikan makin besar sehingga laju alir uap yang

kembali ke dalam kolom destilasi juga semakin meningkat. Hubungan persamaan konsentrasi

kemurnian benzene pada umpan yang masuk ke kolom destilasi (zf) dan persentase recovery

(Γ) dapat ditulis sebagai berikut:

Γ= xD . Dzf . F

Pada kondisi proses yang lain, jika laju alir mol benzene di umpan ditingkatkan,

sedangkan persentase recovery, konsentrasi kemurnian benzene di destilat dan laju alir mol

destilat tidak mengalami perubahan (tetap), ternyata dapat menyebabkan laju alir mol uap

dari reboiler menurun. Hal ini dikarenakan pada kondisi proses tersebut laju alir umpan yang

masuk ke kolom destilat menurun, namun konsentrasi benzene pada umpan meningkat.

Dengan demikian, proses pemurnian benzen dari campuran akan lebih mudah dan

5

kemungkinan adanya benzene yang ikut terbawa dalam aliran yang ke reboiler menjadi lebih

sedikit, sehingga laju alir mol uap dari reboiler menurun.

Gambar 4. Grafik Hubungan Laju Alir Mol Benzen Terhadap Daya Reboiler dan Recovery

Pada kondisi laju alir mol benzen di umpan tetap, peningkatan persentase recovery

dapat menyebabkan daya yang dibutuhkan reboiler meningkat. Hal tersebut disebabkan laju

alir mol umpan yang masuk ke kolom destilat (F) menurun karena pengaruh dari konsentrasi

kemurnian benzene pada umpan yang masuk ke kolom destilasi (zf) dan persentase recovery

(Γ) pada kondisi konsentrasi kemurnian benzene di destilat (xD) dan laju alir mol destilat (D)

tetap. Dengan demikian, kemungkinan adanya benzen dalam campuran aliran di bagian

bawah destilasi meningkat dan usaha untuk memurnikannya makin besar sehingga daya yang

dibutuhkan reboiler untuk menguapkan benzene yang terbawa ke bagian bawah kolom

destilasi juga meningkat.

Pada kondisi proses dengan laju alir mol benzene pada umpan meningkat sedangkan

persentase recovery tetap akan menyebabkan daya yang dibutuhkan oleh reboiler menurun.

Hal tersebut disebabkan laju mol umpan masuk ke kolom destilat menurun karena pengaruh

dari konsentrasi kemurnian benzene pada umpan yang masuk ke kolom destilasi (zf) dan

persentase recovery (Γ) pada kondisi laju alir benzene di destilate tetap. Dengan demikian,

proses pemurnian benzen dari campuran akan lebih mudah dan kemungkinan adanya benzene

yang ikut terbawa dalam aliran yang ke reboiler menjadi lebih sedikit, sehingga daya yang

dibutuhkan reboiler untuk menguapkan benzene yang ikut terbawa dalam aliran yang ke

reboiler akan menurun. Hubungan laju alir mol keseluruhan terhadap daya reboiler dapat

dijelaskan pada persamaan berikut:

6

Q=ṁ∆ H

Gambar 5. Grafik Hubungan Laju Alir Mol Benzen Terhadap Reboiler Rate dan Recovery

Pada kondisi laju alir mol benzen di umpan tetap, peningkatan persentase recovery

dapat menyebabkan reboiler ratio meningkat. Hal tersebut disebabkan laju mol umpan yang

masuk ke kolom destilat dan laju alir mol bottom menurun karena pengaruh dari konsentrasi

kemurnian benzene pada umpan yang masuk ke kolom destilasi (zf) dan persentase recovery

(Γ) pada kondisi konsentrasi kemurnian benzene di destilat dan laju alir mol destilat tetap.

Dengan demikian, kemungkinan adanya benzen dalam jumlah banyak pada campuran aliran

di bagian bawah destilasi (L) meningkat dan dengan reboiler akan menguapkan kembali

benzen dalam jumlah banyak tersebut dengan tujuan agar persentase recovery meningkat.

Hubungan persamaan laju alir mol keluaran reboiler (V) dan laju mol aliran bottom (B) dan

persamaan tersebut dikenal dengan (reboil ratio) dapat ditulis sebagai berikut:

Reboil Ratio=VB

Pada kondisi proses dengan laju alir mol benzen pada umpan meningkat sedangkan

persentase recovery tetap akan menyebabkan reboiler ratio meningkat. Hal tersebut

disebabkan laju mol umpan yang masuk ke kolom destilat dan laju alir mol bottom menurun

karena pengaruh dari konsentrasi kemurnian benzene pada umpan yang masuk ke kolom

destilasi (zf) dan persentase recovery (Γ) pada kondisi konsentrasi kemurnian benzene di

destilat dan laju alir mol destilat tetap. Berdasarkan hasil analisa bahwa laju alir mol bottom

lebih kecil dibanding laju alir mol dari reboiler, sehingga reboiler ratio meningkat.

7

Gambar 6. Grafik Hubungan Laju Alir Mol Benzen Terhadap Laju Alir Mol Reflux dan Recovery

Pada kondisi laju alir mol benzen di umpan tetap, peningkatan persentase recovery

dapat menyebabkan laju alir mol reflux meningkat. Hal tersebut disebabkan laju mol umpan

yang masuk ke kolom destilat menurun karena pengaruh dari konsentrasi kemurnian benzene

pada umpan yang masuk ke kolom destilasi (zf) dan persentase recovery (Γ) pada kondisi

konsentrasi kemurnian benzene di destilat dan laju alir mol destilat tetap. Dengan demikian,

usaha untuk memurnikan makin besar sehingga laju alir cairan yang kembali ke dalam kolom

destilasi juga semakin meningkat.

Pada kondisi proses yang lain, jika laju alir mol benzen di umpan ditingkatkan,

sedangkan persentase recovery, konsentrasi kemurnian benzene di destilat dan laju alir mol

destilat tidak mengalami perubahan (tetap), ternyata dapat menyebabkan laju alir mol reflux

menurun. Hal ini dikarenakan pada kondisi proses tersebut laju alir umpan yang masuk ke

kolom destilat menurun, namun konsentrasi benzen pada umpan meningkat. Dengan

demikian, proses pemurnian benzen dari campuran akan lebih mudah dan kemungkinan

adanya toluen yang ikut terbawa dalam aliran yang ke kondensor menjadi lebih sedikit,

sehingga laju alir mol reflux dari kondensor menurun.

8

Gambar 7. Grafik Hubungan Laju Alir Mol Benzen Terhadap Laju Alir Mol Boil-up dan Recovery

Pada kondisi proses dengan laju alir mol benzene pada umpan tetap, peningkatan

recovery dapat menyebabkan daya yang dibutuhkan kondensor meningkat. Hal tersebut

dikarenakan peningkatkan recovery benzen di destilat pada kondisi laju alir mol benzen di

umpan tetap dapat menyebabkan usaha untuk memurnikan makin besar sehingga daya yang

dibutuhkan kondesor untuk memisahkan destilat dengan liquid yang ingin dikembalikan lagi

ke kolom destilasi juga makin meningkat.

Pada kondisi proses dengan laju alir mol benzene pada umpan meningkat sedangkan

persentase recovery tetap akan menyebabkan daya yang dibutuhkan kondensor menurun. Hal

tersebut disebabkan laju mol umpan masuk ke kolom destilat menurun karena pengaruh dari

konsentrasi kemurnian benzen pada umpan yang masuk ke kolom destilasi (zf) dan

persentase recovery (Γ) pada kondisi konsentrasi kemurnian benzene di destilat dan laju alir

mol destilat tetap. Dengan demikian, proses pemurnian benzen dari campuran akan lebih

mudah dan kemungkinan adanya toluen yang ikut terbawa dalam aliran yang ke kondensor

menjadi lebih sedikit, sehingga daya yang dibutuhkan kondensor untuk menguapkan toluen

yang ikut terbawa dalam aliran yang ke kondensor akan menurun. Hubungan laju alir mol

keseluruhan terhadap daya kondensor dapat dijelaskan pada persamaan berikut:

Q=ṁ∆ H

9

Gambar 8. Grafik Hubungan Laju Alir Mol Benzen Terhadap Max Flooding (%) dan Recovery

Pada kondisi proses dengan laju alir mol benzen pada umpan tetap, peningkatan

recovery dapat menyebabkan kemungkinan terjadinya flooding meningkat. Hal ini

dipengaruhi oleh peningkatan reflux rate sehingga laju alir mol cairan yang masuk kembali

ke kolom destilasi meningkat. Peningkatan laju alir mol cairan yang masuk kembali ke kolom

destilasi juga berpengaruh terhadap peningkatan laju alir mol uap yang masuk kembali ke

kolom destilasi meningkat dari reboiler. Jika laju alir uap dari bawah terlalu besar dapat

menyebabkan cairan pada tray kolom destilasi bergejolak dan tumpah (flooding).

Pada kondisi proses dengan laju alir mol benzene pada umpan meningkat sedangkan

persentase recovery tetap dapat menyebabkan kemungkinan terjadinya flooding menurun.

Peningkatan laju alir mol benzene pada kondisi persentase recovery (Γ), dan laju alir mol

destilat tetap berpengaruh terhadap menurunnya laju alir mol uap dari reboiler. Jika laju alir

mol uap dari reboiler menurun dapat menyebabkan kemungkinan terjadinya flooding

menurun. Namun, jika laju alir mol uap dari reboiler semakin menurun bahkan laju alir mol

uap dari reboiler terlalu kecil dapat mengakibatkan cairan yang mengalir dari kondensor

melewati lubang-lubang tray. Peristiwa mengalirnya cairan yang mengalir dari kondensor

melewati lubang-lubang tray dikenal dengan weeping.

10

0.240.26

0.28 0.30.32

0.340.36

0.38 0.4103.1

103.15

103.2

103.25

103.3

103.35

103.4

103.45

103.5

103.55

Recovery 75%Recovery 80%Recovery 85%Recovery 90%Recovery 95%

Benzene - Molar Flow [kgmole/h]

To C

onde

nser

- Te

mpe

ratu

re [C

]

Gambar 9. Grafik Hubungan Laju Alir Mol Benzen Terhadap Temperatur Kondensor dan Recovery

Pada grafik hubungan laju alir mol benzen terhadap temperatur kondensor dan

recovery terlihat bahwa pada laju alir mol benzene tetap dan persentase recovery meningkat

berpengaruh terhadap menurunnya temperature aliran menuju kondensor. Hal tersebut

dikarenakan peningkatan persentase recovery menyebabkan konsentrasi benzene murni yang

keluar dari kolom destilasi akan meningkat. Karena titik didih benzene lebih rendah dari titik

didih toluen maka lairan keluaran kolom destilasi menuju kondesor lebih banyak

mengandung benzene. Hal ini menyebabkan temperatur aliran menuju kondensor lebih

rendah seiring meningkatnya persentase recovery.

Gambar 10. Grafik VLE

Berdasarkan grafik di atas menegaskan titik didih benzene lebih rendah dibanding titik didih

toluene sehingga pada temperature tertentu misalkan T1 diketahui bahwa komponen benzene

11

telah menjadi fase uap dibandingkan dengan toluene yang masih dalam keadaan cair, dengan

demikian apabila grafik tersebut diaplikasikan dalam proses pemisahan di atas dapat

diketahui bahwa pada temperature yang lebih tinggi persentase recovery benzen lebih sedikit.

VII. KESIMPULAN

Hal-hal yang dapat disimpulkan dari simulasi ini adalah :

1. Pada kondisi persentase recovery, laju alir mol destilat (xD), dan konsentrasi

kemurnian benzene di destilat (xD) tetap, sedangkan laju alir mol benzene umpan

meningkat dapat mangakibatkan laju alir mol boil-up dan reboiler rate meningkat.

Namun, kondisi tersebut juga dapat mengakibatkan daya reboiler, laju alir mol

reflux, laju alir mol kondensor, dan max flooding (%) menurun.

2. Pada kondisi laju alir mol benzene umpan, laju alir mol destilat (xD), dan

konsentrasi kemurnian benzene di destilat (xD) tetap, sedangkan persentase recovery

meningkat dapat mangakibatkan laju alir mol boil-up dan reboiler rate menurun.

Namun, kondisi tersebut juga dapat mengakibatkan daya reboiler, laju alir mol

reflux, laju alir mol kondensor, dan max flooding (%) meningkat.

12

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. Benzene. 5 Mei 2010. http://www.newworldencyclopedia.org/entry/BenzeneAnonim. Benzene-Toluene. 5 Mei 2010. http://www.chemsystems.com/about/cs/news/items/PERP%200607_6_BenzeneToluene.cfmAnonim. Distilasi. 5 Mei 2010. http://id.wikipedia.org/wiki/DistilasiAnonim. Perhitungan Theoritical Stage (McCabe-Thiele) Kolom Distilasi. 5 Mei 2010.

http://blog.unsri.ac.id/chemeng%20sai/mrdetail/6100Mc. Cabe W.L, J.C. Smith, Peter Harriot. 2005. Unit Operations of Chemical Engineering 7th

ed. Mc Graw Hill. USA.Perry, R.H., Green, D. 1999. Perry’s Chemical Engineer’s Hand book, 7th ed. Mc Graw Hill

Company. USA.Smith, J.M., Van Ness, H.C., dan Abbott, M.M. 2005. Introduction to Chemical Engineering

Thermodynamics 7th edition. McGraw-Hill. Singapore.Turton, R. et al. 2008. Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Processes 3rd edition.

Prentice Hall Pearson Education. Massachusetts, USA.

13