255
Gambar 4.65: Grafik hubungan antara komposisi dan suhu untuk campuran biner
Pada titik 1 dalam lingkaran, apabila ditarik lurus kekanan, maka garis yang memotong kurva titik gelembung dan ditarik kebawah akan
didapat komposisi, x
A1
komposisi A pada fase cair pada suhu T
1
. Sedangkan apabila garis tersebut memotong kurva titik embun, kemudian
ditarik kebawah, akan didapat komposisi, y
A1
komposisi A pada fase uap pada suhu T
1
. Selanjutnya, pada titik 2 dimana bahan mempunyai komposisi tertentu, maka untuk mendapatkan titik gelembung dan titik
embunnya dengan cara menarik garis keatas, sehingga didapat T
B2
dan T
D2
. Sedangkan gambar 4.65, menunjukkan hubungan komposisi uap-cairan
pada kesetimbangannya pada suhu tertentu. Dalam banyak campuran biner, terlihat bahwa pada suhu tertentu, harga y
A
selalu lebih besar daripada harga x
A
, sebagaimana ditampilkan pada gambar 4.66.
256
Gambar 4.66: Komposisi uap-cairan pada kesetimbangan
Ada beberapa campuran biner yang titik didihnya di atas atau di bawah titik didih kedua komponennya. Campuran pertama disebut azeotrop
minimum seperti dapat dilihat pada Gambar 4.67-a sedangkan campuran kedua disebut azeotrop maksimum pada Gambar 4.67-b. Dalam kedua hal,
y
A
tidak selalu lebih besar daripada harga x
A
, ada kesetimbangan uap cairan dengan y
A
selalu lebih kecil daripada x
A
. Pada titik azeotrop, y
A
sama dengan x
A
dan campuran cairan dengan komposisi sama dengan titik azeotrop tidak dapat dipisahkan dengan cara distilasi biasa.
a
b
Gambar 4.67 Titik azeotrop minimum dan maksimum
257
4.5.3. Dasar Peralatan Penyulingan
Kolom distilasi adalah kolom fraksionasi kontinu yang dilengkapi berbagai perlengkapan yang diperlukan. Umpan dimasukkan di sekitar
pertengahan kolom dengan laju tertentu. Tray tempat masuk umpan dinamakan feed plate. Semua tray yang terletak di atas tray umpan adalah
bagian rektifikasi enriching section dan semua tray di bawahnya, termasuk feed plate sendiri, adalah bagian stripping. Umpan mengalir ke bawah pada
stripping section ini, sampai di dasar kolom di mana permukaan cairan ditetapkan pada ketinggian tertentu. Cairan itu lalu mengalir dengan gaya
gravitasi ke dalam reboiler. Dimana reboiler adalah alat penukar panas jenis penguap vaporizer dengan menggunakan pemanasan uap steam yang
dapat menghasilkan komponen uap vapor dan mengembalikannya ke dasar kolom. Komponen uap tersebut lalu mengalir ke atas sepanjang
kolom. Pada ujung reboiler terdapat suatu tanggul. Produk bawah dikeluarkan dari kolam zat cair itu pada bagian ujung tanggul dan mengalir
melalui pendingin. Pendinginan ini juga memberikan pemanasan awal pada umpan melalui pertukaran kalor dengan hasil bawah yang panas.
Uap yang mengalir naik melalui bagian rektifikasi dikondensasi seluruhnya oleh kondensor dan kondensatnya dikumpulkan dalam
akumulator pengumpul D, di mana permukaan zat cair dijaga pada ketinggian tertentu. Cairan tersebut kemudian dipompa oleh pompa
refluks dari akumulator ke tray teratas. Arus ini menjadi cairan yang mengalir ke bawah di bagian rektifikasi, yang diperlukan untuk berinteraksi
dengan uap yang mengalir ke atas. Tanpa refluks tidak akan ada rektifikasi yang dapat berlangsung dan kondensasi produk atas tidak akan
lebih besar dari konsentrasi uap yang mngalir naik dari feed plate. Kondensat yang tidak terbawa pompa refluks didinginkan dalam penukar
kalor, yang disebut product cooler dan dikeluarkan sebagai produk atas. Karena tidak terjadi azeotrop, produk atas dan produk bawah dapat terus
dimurnikan sampai tercapai kemurnian yang diinginkan dengan mengatur jumlah tray dan refluks ratio.
Distilasi kontinu dengan refluks efektif memisahkan komponen-komponen yang volatilitasnya sebanding. Dengan melakukan redistilasi berulang-ulang
dapat diperoleh komponen yang hampir murni karena jumlah komponen pengotor lain sedikit. Metoda ini dimodifikasi menjadi lebih modern untuk
258 diterapkan pada skala industri dengan dihasilkannya distilasi metoda
rektifikasi. Kolom distilasi terdiri dari banyak tray yang diasumsikan ideal. Jika
diperhatikan tray ke-n dari puncak kolom, maka tray yang langsung berada di atasnya adalah tray ke-n-1 dan tray yang langsung berada di bawahnya
adalah tray ke-n+1. Ada 2 aliran fluida yang masuk ke dalam dan 2 arus keluar dari tray n. Aliran zat cair L
n-1
moljam dari tray n-1 dan aliran uap
Vn+1
dari tray n+1 moljam mengalami kontak di tray n. Aliran uap Vn naik ke tray n-1 dan aliran cairan Ln turun ke tray n+1. Jika konsentrasi aliran uap
dalam fasa V ditandai dengan y, dan konsentrasi aliran cairan ditandai dengan x, maka konsentrasi aliran yang masuk dan yang keluar tray n
adalah: uap keluar dari tray yn, cairan keluar dari tray x
n
, uap masuk ke tray y
n+1
, dan cairan masuk ke tray
x
n-1. Sesuai definisi tray ideal, uap dan cairan yang keluar piring n berada
dalam kesetimbangan, sehingga x
n
dan y
n
merupakan konsentrasi kesetimbangan. Oleh karena konsentrasi dalam fas uap dan cair berada
dalam kesetimbangan, aliran masuk dan ke luar tidak sama. Bila uap yang keluar dari tray n+1 dan cairan dari tray n-1 dikontakkan, konsentrasinya
akan bergerak ke arah kesetimbangan. Sebagian komponen yang lebih volatil akan menguap dari fasa cair sehingga konsentrasi zat cair pada x
n-1
turun menjadi x
n
, sedangkan komponen yang kurang volatil akan terkondensasi dari uap sehingga konsentrasi uap naik dari y
n+1
menjadi y
n
. Aliran zat cair berada pada bubble point sedangkan aliran uap berada pada
dew point, sehingga kalor yang dibutuhkan untuk penguapan didapatkan dari kalor yang dibebaskan selama kondensasi. Setiap tray berfungsi
sebagai media pertukaran dimana komponen volatil pindah ke fasa uap, sedangkan komponen yang kurang volatil pindah ke fasa cair. Karena
konsentrasi komponen volatil di dalam cairan dan uap meningkat dengan bertambahnya tinggi kolom, suhu akan berkurang dari n+1, n, ke n-1.
Distilasi satu tahap tidak efektif menghasilkan bottom product yang mendekati murni karena zat cair dalam umpan tidak mengalami
rektifikasi. Keterbatasan ini diatasi dengan memasukkan umpan ke tray yang berada di bagian tengah kolom. Cairan itu mengalir ke bawah kolom
menuju reboiler dan mengalami rektifikasi dengan uap yang mengalir naik dari reboiler. Karena komponen volatil yang berada di reboiler telah
