Laporan Akhir Hibah Penelitian Unggulan Universitas Negeri Semarang 2015
12
Gambar 2.7. Distilasi Menggunakan Pressure Swing-Distillation Strand,
2001
Gambar 2.8. Distilasi Menggunakan Extractive Distillation Strand, 2001
2.5. State of The Art
Pada sistem distilasi dengan penjerap molekul Gambar 2.9, salah satu komponen uap akan dijerap supaya komposisinya berubah, maka titik azeotropnya
terlampaui. Jika kebutuhan adsorbennya memenuhi sampai komposisinya murni, maka tidak perlu didistilasi. Namun, bila kebutuhan adsorbennya sangat banyak,
pemurnian dapat dilanjutkan menggunakan distilasi lagi. Model neraca massa untuk distilasi tipe ini dapat dikembangkan menjadi
model tanpa adanya dispersi aksial model 1 dan dengan adanya dispersi aksial model 2.
Laporan Akhir Hibah Penelitian Unggulan Universitas Negeri Semarang 2015
13
t y
t y
S y
y S
a k
z y
G
G b
y
. .
. .
. .
t x
y y
a k
t x
b y
Gambar 2.9. Elemen Volum Distilasi dengan Penjerap Molekul
Pada model 1, neraca massa etanol dituliskan seperti berikut ini.
R
in
- R
out
- R
reaksi
= R
akumulasi
G.y
z
– G.y
z+z
+ k
y
a y – y.S.z + 0 = S.z.
b
.
G
. 1 Penyelesaian persamaan 1 dituliskan sebagai berikut:
2 dengan: G = mol etanolwaktu
y = mol H
2
Omol etanol
G
= mol etanolvolum Sementara itu, neraca massa H
2
O dapat dituliskan seperti persamaan 3 dan 4. k
y
a y – y.S.z – 0 = S.z.
b
.
G
. 3
4 dengan:
b
= g adsorbervolum bed x = konsentrasi etanol
z z +
z
Uap, G y
in
Uap, G y
out
S
Laporan Akhir Hibah Penelitian Unggulan Universitas Negeri Semarang 2015
14
. y
y x
. .
.
y y
S a
k z
y G
y
Persamaan kesetimbangan sistem penjerapan air dalam etanol-air yang digunakan dituliskan seperti persamaan 5.
5
Pada distilasi yang mencapai kondisi squasi-steady state, maka persamaan 2 dapat disederhanakan menjadi persamaan berikut.
6 Persamaan 4, 5, dan 6, dapat diselesaikan secara simultan jika tersedia data
komposisi etanol setiap satuan waktu dan persamaan kesetimbangan adsorbsinya. Kesetimbangan adsorbsi dapat dicari dengan membuat grafik seperti berikut
Gambar 2.10, sehingga persamaan 5 dapat ditemukan.
Gambar 2.10. Grafik 1x versus 1y pada Kesetimbangan Adsorbsi Etanol- Air dengan y = komposisi jenuh uap air di fase uap
Persamaan diferensial simultan di atas dapat diselesaikan menggunakan metode curve-fitting. Nilai-nilai parameter yang dipilih adalah yang memberikan
nilai Sum Square of Errors minimum SSE. Persamaan SSE yang dipakai dituliskan sebagai persamaan 7 berikut Sediawan dan Prasetya, 1997.
7 Pada model kedua, yaitu model dengan memperhitungkan dispersi aksial, neraca
massa etanol dapat disusun sebagai persamaan 8 berikut. 1x
1y 1
2 data
D hitung
D
C C
SSE
Laporan Akhir Hibah Penelitian Unggulan Universitas Negeri Semarang 2015
15
t y
S y
y S
a k
z y
S D
z y
G
G b
y ax
.
. .
. .
. .
.
2 2
z
t y
z z
z y
t y
. .
. .
.
2 2
y y
S a
k z
y S
D z
y G
y ax
G.y
z
– D
ax
.S. – G.y
z+z
- D
ax
.S. + k
y
a y – y.S.z + 0
= S. z.
b
.
G
. 8 Penyelesaian persamaan 8 dituliskan sebagai berikut.
9
Sementara itu, neraca massa H
2
O di gas pada elemen volum seperti pada model satu, seperti persamaan 3 dan dapat disederhanakan seperti persamaan 4.
Persamaan kesetimbangan sistem penjerapan air dalam etanol-air yang digunakan dituliskan seperti persamaan 5. Pada distilasi yang mencapai kondisi squasi-
steady state, maka persamaan 9 dapat disederhanakan menjadi persamaan berikut.
10 Persamaan 4, 5, dan 10, dapat diselesaikan secara simultan jika tersedia data
komposisi etanol setiap satuan waktu dan persamaan kesetimbangan adsorpsinya.
2.6. Gel Silika sebagai Penjerap
Gel silika dibuat secara sintetis dari silika yang dihasilkan melalui penggumpalan sol natrium silikat NaSiO
2
dan berupa butiran seperti kaca, namun sangat berpori dengan ukuran pori rata-rata 2,4 nanometer dan memiliki
afinitas yang kuat untuk molekul air. Komposisi SiO
2
-nya sekitar 97-99 . Sol mirip agar
–agar ini dapat didehidrasi sehingga berubah menjadi padatan atau butiran mirip kaca yang bersifat tidak elastis. Sifat ini menjadikan gel silika
dimanfaatkan sebagai zat penjerap, pengering dan penopang katalis. Gel silika ada yang berwarna putih bening juga ada yang berwarna biru
Gambar 2.11. Masing-masing memiliki ukuran partikel 1-2, 3-4, 3-8, 5-8, 9-16, dan 16-30 mesh, pH 6-7, bobot jenis 600
–700 gL. Gel silika yang siap untuk digunakan berwarna biru, ketika telah menyerap banyak kelembapan, ia akan
berubah warnanya menjadi merah muda Gambar 2.11.
Laporan Akhir Hibah Penelitian Unggulan Universitas Negeri Semarang 2015
16 Kedua jenis gel silika ini dapat digunakan sebagai penjerap uap air hasil
distilasi etanol-air, supaya kadar airnya berkurang sehingga komposisi azeotropnya terlampaui. Jika komposisi azeotrop sudah terlampaui, namun kadar
etanol masih belum mencapai 99, campuran etanol-air tersebut dapat didistilasi kembali sampai murni. Kemungkinan munculnya kondisi di atas perlu dipelajari
supaya dapat didesain kolom distilasi untuk aplikasi skala laboratorium secara efisien.
Gambar 2.11. Gel Silika Berwarna Putih Bening, Biru, dan Merah Muda
