DISTILASI

destilasi
Azeotropic distillation: Etanol dan air membentuk azeotrop pada komposisi 95.6%-massa etanol pada keadaan standar. Dan masih banyak lagi campuran senyawa yang berkelakuan demikian. Nah, bagaimana cara untuk memisahkan komponen-komponennya agar memiliki kemurnian melebihi komposisi azeotropnya?

Umpan campuran biner (2-propanol dan ethyl acetate) hendak dimurnikan dengan cara distilasi dan kedua aliran produk pemisahan diharapkan memiliki kemurnian 99,8%-mol. Umpan tersedia pada kondisi tekanan atmosferik dan temperatur ambien. Terdengar familiar di telinga anda? Setidaknya Anda tidak boleh lupa bahwa 2-propanol dan etyhl acetate ialah campuran azeotrop. Bila Anda lupa atau bahkan belum mengerti tentang campuran azeotrop, mungkin penjelasan singkat ini bisa sedikit membantu.
Apa itu azeotrop? Azeotrop merupakan campuran 2 atau lebih komponen pada komposisi tertentu dimana komposisi tersebut tidak bisa berubah hanya melalui distilasi biasa. Ketika campuran azeotrop dididihkan, fasa uap yang dihasilkan memiliki komposisi yang sama dengan fasa cairnya. Campuran azeotrop ini sering disebut juga constant boiling mixture karena komposisinya yang senantiasa tetap jika campuran tersebut dididihkan. Untuk lebih jelasnya, perhatikan ilustrasi berikut :
Titik A pada pada kurva merupakan boiling point campuran pada kondisi sebelum mencapai azeotrop. Campuran kemudian dididihkan dan uapnya dipisahkan dari sistem kesetimbangan uap cair (titik B). Uap ini kemudian didinginkan dan terkondensasi (titik C). Kondensat kemudian dididihkan, didinginkan, dan seterusnya hingga mencapai titik azeotrop. Pada titik azeotrop, proses tidak dapat diteruskan karena komposisi campuran akan selalu tetap. Pada gambar di atas, titik azeotrop digambarkan sebagai pertemuan antara kurva saturated vapor dan saturated liquid. (ditandai dengan garis vertikal putus-putus)

Bagaimana? Cukup jelas bukan? Secara logis, hasil distilasi biasa tidak akan pernah bisa melebihi komposisi azeotropnya. Lalu, adakah trik engineering tertentu yang dapat dilakukan untuk mengakali keadaan alamiah tersebut? Nah, kita akan membahas contoh kasus pemisahan campuran azeotrop propanol-ethyl acetate.

PFD Diagram: Simulasi distilasi biner campuran azeotrop propanol-ethyl acetate dengan menggunakan HYSYS. Dalam pemisahan campuran propanol-athyl acetate, digunakan metode pressure swing distillation. Prinsip yang digunakan pada metode ini yaitu pada tekanan yang berbeda, komposisi azeotrop suatu campuran akan berbeda pula. Berdasarkan prinsip tersebut, distilasi dilakukan bertahap menggunakan 2 kolom distilasi yang beroperasi pada tekanan yang berbeda. Kolom distilasi pertama memiliki tekanan operasi yang lebih tinggi dari kolom distilasi kedua. Produk bawah kolom pertama menghasilkan ethyl acetate murni sedangkan produk atasnya ialah campuran propanol-ethyl acetate yang komposisinya mendekati komposisi azeotropnya. Produk atas kolom pertama tersebut kemudian didistilasi kembali pada kolom yang bertekanan lebih rendah (kolom kedua). Produk bawah kolom kedua menghasilkan propanol murni sedangkan produk atasnya merupakan campuran propanol-ethyl acetate yang komposisinya mendekati komposisi azeotropnya. Berikut ini gambar kurva kesetimbangan uap cair campuran propanol-ethyl acetate pada tekanan tinggi dan rendah.

Dari gambar pertama dapat dilihat bahwa feed masuk kolom pada temperatur 108,2 C dengan komposisi propanol 0,33. Pada kolom pertama (P=2,8 atm), komposisi azeotrop yaitu sebesar 0,5 sehingga distilat yang diperoleh berkisar pada nilai tersebut sedangkan bottom yang diperoleh berupa ethyl acetate murni.

Untuk memperoleh propanol murni, distilat kemudian didistilasi lagi pada kolom kedua (P=1,25 atm). Distilat ini memasuki kolom kedua pada temperatur 82,6 C. Komposisi azeotrop pada kolom kedua yaitu 0,38 sehingga kandungan propanol pada distilat berkisar pada nilai tersebut. Bottom yang diperoleh pada kolom kedua ini berupa propanol murni. Bila Anda perhatikan, titik azeotrop campuran bergeser dari 0,5%-mol propanol menjadi 0,38%-mol propanol
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.

Distilasi juga bisa dikatakan sebagai proses pemisahan komponen yang ditujukan untuk memisahkan pelarut dan komponen pelarutnya. Hasil distilasi disebut distilat dan sisanya disebut residu. Jika hasil distilasinya berupa air, maka disebut sebagai aquadestilata (disingkat aquades). Proses distilasi dapat dibagi menjadi beberapa jenis, yaitu sebagai berikut :

1. Distilasi Bertingkat

Distilasi bertingkat merupakan teknik atau proses pemisahan campuran berupa cairan yang bertujuan untuk memproses lebih dari 1 jenis komponen. Untuk tujuan ini, cairan yang menguap dilewatkan melalui kolom – kolom perangkap uap. Komponen yang lebih mudah menguap (bertitik didih rendah) cenderung mengembun (terperangkap) di kolom lebih atas dan komponen yang sukar menguap (bertitik didih tinggi) cenderung mengendap di kolom lebih bawah. Teknik ini diterapkan, misalnya untuk pemurnian minyak bumi

2. Distilasi Fraksional

Distlasi fraksional merupakan teknik pemisahan campuran berupa cairan heterogen yang bertujuan untuk memisahkan fraksi – fraksi (komponen) yang terdapat di dalam cairan tersebut. Pemisahan ini dilakukan dengan memanaskan cairan tersebut di dalam tabung bertingkat sehingga fraksi – fraksi yang terdapat pada cairan tersebut akan memisah dengan sendirinya, sesuai dengan titik didihnya . Proses pada distilasi fraksional hampir sama dengan proses pada distilasi bertingkat

3. Distilasi Vakum

Distilasi vakum merupakan distilasi tanpa pemanasan dan berlangsung pada tekanan rendah. Tekanan diturunkan sampai terjadi pendidihan. Zat dengan titik didih paling rendah akan menguap lebih dahulu untuk selajutnya diembunkan. Teknik ini diterapkan untuk pemisahan cairan yang mudah mengurai atau meledak jika dipanaskan

Bagan perlengkapan distilasi di laboratorium

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.

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.

Sejarah
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 kekhalifahan Abbasiah, terutama oleh Al-Razi pada pemisahan alkohol menjadi senyawa yang relatif murni melalui alat alembik, bahkan desain ini menjadi semacam inspirasi 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 (801-873).[1]
Salah satu penerapan terpenting dari metode distilasi adalah pemisahan minyak mentah menjadi bagian-bagian untuk penggunaan khusus seperti untuk transportasi, pembangkit listrik, pemanas, dll. Udara didistilasi menjadi komponen-komponen seperti oksigen untuk penggunaan medis dan helium untuk pengisi balon. Distilasi juga telah digunakan sejak lama untuk pemekatan alkohol dengan penerapan panas terhadap larutan hasil fermentasi untuk menghasilkan minuman suling.

Distilasi Skala Industri

Umumnya proses distilasi dalam skala industri dilakukan dalam menara, oleh karena itu unit proses dari distilasi ini sering disebut sebagai menara distilasi (MD). MD biasanya berukuran 2-5 meter dalam diameter dan tinggi berkisar antara 6-15 meter. Masukan dari MD 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. MD terbagi dalam 2 jenis kategori besar:
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

Tipe Distilasi

Kata Kunci: distilasi azeotropik, distilasi ekstraktif, distilasi kering

Ditulis oleh Suparni Setyowati Rahayu pada 22-08-2009

Karena karakter campuran yang berbeda maka distilasi dilakukan dengan cara berbeda pula. Oleh karena itu distilasi meliputi beberapa tipe yaitu: distilasi azeotropik, distilasi kering, distilasi ekstraktif, distilasi beku (freeze distillation), distilasi fraksinasi, distilasi ua (steam distillation) dan distilasi vakum.

Berdasarkan prosesnya, distilasi juga dapat dibedakan menjadi distilasi batch (batch distillation) dan distilasi kontinyu (continuous distillation).Disebut distilasi batch jika dilakukan satu kali proses, yakni bahan dimasukkan dalam peralatan, diproses kemudian diambil hasilnya (distilat dan residu). Disebut distilasi kontinyu jika prosesnya berlangsung terusmenerus.Ada aliran bahan masuk sekaligus aliran bahan keluar.Rangkaian alat distilasi yang banyak digunakan di industri adalah jenis tray tower dan packed tower.

Perawatan peralatan distilasi

Kolom distilasi harus dirawat agar kebersihan dan penggunaannya dapat seoptimal mungkin, dilakukan sebagai berikut :

1. Pengaruh panas kolom pada unit kolom distilasi terbatas pada kondensor dan pendidih ulang (reboiler), karena, pada umumnya, kolom tersebut diisolasi, sehingga kehilangan kalor sepanjang kolom relatif kecil

2. Untuk umpan yang berupa zat cair pada titik gelembungnya (q = 1) yaitu cairan jenuh, kalor yang diberikan pada pendidih ulang sama dengan yang dikeluarkan pada kondensor. Untuk umpan yang berwujud selain cairan jenuh kebutuhan kukus, pemanas dihitung dengan neraca panas (neraca entalpi).
Adsorpsi atau penjerapan adalah proses pemisahan bahan dari campuran gas atau cair, bahan yang akan dipisahkan ditarik oleh permukaan zat padat yang menyerap (adsorben). Biasanya partikel-partikel kecil zat penyerap ditempatkan ke suatu hamparan tetap dan fluida kemudian dialirkan melalui hamparan tetap tersebut sampai zat padat itu mendekati jenuh dan pemisahan yang dikehendaki tidak dapat berlangsung lagi. Kebanyakan zat pengadsorpsi adalah adsorben. Bahan-bahan yang berpori, dan adsorpsi berlangsung terutama pada dinding-dinding pori.
Pemisahan terjadi karena perbedaan bibit molekul atau karena perbedaan polaritas menyebabkan sebagian molekul melekat pada permukaan itu lebih erat daripada molekul-molekul lainnya. Misalnya, limbah industri pencucian kain batik diadsorpsi zat warnanya dengan menggunakan arang tempurung kelapa yang sudah diaktifkan. Limbah elektroplating yang mengandung nikel, logam berat nikel diadsorpsi dengan zeolit yang diaktifkan.

Pengoperasian peralatan kolom adsorpsi

Kolom adsorpsi dilengkapi dengan peralatan :

1. Bak penampung umpan sekaligus berfungsi sebagai bak penampung overflow, bak pengatur debit, bak penampung efluen, pompa air, flowmeter

2. Sebelum alat dioperasikan terlebih dahulu kolom diisi dengan aquades sampai sedikit di atas lapisan adsorben. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari udara yang terjebak di dalam kolom yang dapat mengganggu laju aliran.

3. Alat dioperasikan dengan mengalirkan sampel air baku secara grafitasi (downflow) secara terus menerus dari bak penampung umpan dengan menggunakan pompa menuju ke bak pengatur laju limpasan. Bak pengatur laju limpasan digunakan untuk mendapatkan tekanan dan laju limpasan yang konstan.
4. Setelah dari bak pengatur laju limpasan aliran umpan dilewatkan flowmeter untuk mendapatkan hasil pembacaan laju limpasan secar visual.Flowmeter ini dilengkapi dengan 3 buah kran pengatur. Sesuai dengan Gambar kran a digunakan untuk mengatur besar kecilnya laju limpasan, kran b berfungsi sebagai pintu masuk aliran umpan menuju ke kolom adsorpsi. Kran b akan ditutup pada saat kalibrasi flowmeter dengan kondisi kran c terbuka. Setelah laju limpasan aliran stabil, kran c ditutup ddan kran b dibuka. Kemudian umpan akan mengalir menuju ke kolom adsorpsi.
5. Setelah operasional alat dengan waktu dan laju limpasan tertentu dilakukan pengambilan sampel air baku pada masing-masing outlet yang selanjutnya dilaksanakan analisis
6. Diulangi untuk kondisi operasi yang berbeda dengan variasi laju limpasan, variasi konsentrasi influen, dan variasi ukuran media

Filtrasi
Filtrasi adalah pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan melewatkannya pada medium penyaringan, atau septum, dimana zat padat itu tertahan. Pada industri, filtrasi ini meliputi ragam operasi mulai dari penyaringan sederhana hingga pemisahan yang kompleks. Fluida yang difiltrasi dapat berupa cairan atau gas; aliran yang lolos dari saringan mungkin saja cairan, padatan, atau keduanya.
Suatu saat justru limbah padat nyalah yang harus dipisahkan dari limbah cair sebelum dibuang.Sering kali umpan dimodifikasi melalui beberapa pengolahan awal untuk meningkatkan laju filtrasi, misal dengan pemanasan,kristalisasi,atau memasang peralatan tambahan pada penyaring seperti selulosa atau tanah diatomae.Oleh karena varietas dari material yang harus disaring beragam dan kondisi proses yang berbeda, banyak jenis penyaring telah dikembangkan.

Filtrasi skala laboratorium

Filtrasi digunakan untuk memisahkan campuran heterogen zat padat yang tidak larut dalam cairan. Penyaringan menggunakan kertas saring,hasil saringan disebut filtrat.

Pemeriksaan Filtrasi skala pilot plan/industri sebelum pengoperasian
Sebelum peralatan filtrasi digunakan harus diperiksa dahulu supaya tidak terjadi hal-hal yang tidak diinginkan pada waktu beroperasi, misalnya penyaring tidak berfungsi secara optimum. Fluida mengalir melalui media penyaring karena adanya perbedaan tekanan yang melalui media tersebut.Pemeriksaan penyaring dilakukan agar dapat beroperasi pada:

1. Tekanan di atas atmosfer pada bagian atas media penyaring

2. Tekanan operasi pada bagian atas media penyaring

3. Dan vakum pada bagian bawah

Tekanan di atas atmosfer dapat dilaksanakan dengan gaya gravitasi pada cairan dalam suatu kolom, dengan menggunakan pompa atau blower,atau dengan gaya sentrifugal. Dalam suatu penyaring gravitasi media penyaring bisa jadi tidak lebih baik daripada saringan (screen) kasar atau dengan unggun partikel kasar seperti pasir.

Penyaring gravitasi dibatasi penggunaannya dalam industri untuk suatu aliran cairan kristal kasar,penjernihan air minum, dan pengolahan limbah cair. Kebanyakan penyaring industri adalah penyaring tekan, penyaring vakum, atau pemisah sentrifugal.Penyaring tersebut beroperasi secara kontinyu atau diskontinyu, tergantung apakah buangan dari padatan tersaring tunak (steady) atau sebentar sebentar.

Sebagian besar siklus operasi dari penyaring diskontinyu,aliran fluida melalui peralatan secara kontinu, tetapi harus dihentikan secara periodik untuk membuang padatan terakumulasi. Dalam saringan kontinyu buangan padat atau fluida tidak dihentikan selama peralatan beroperasi.
Pengoperasian Peralatan Filtrasi

Penyaring ampas memisahkan padatan dengan jumlah relatif besar sebagai suatu kue kristal atau lumpur. Seringkali penyaring ini dilengkapi peralatan untuk membersihkan cairan dari padatan sebelum dibuang.Proses pengoperasiannya sebagai berikut :

1. Pada permulaan filtrasi pada penyaring kue beberapa partikel padat memasuki medium pori dan ditahan, tetapi dengan segera mulai berkumpul di permukaan septum.

2. Setelah periode awal ini padatan mulai terfiltrasi; padatan tersebut mulai menebal di permukaan dan harus dibersihkan secara periodik.Kecuali dilengkapi kantong penyaring untuk pembersih gas, penyaring umumnya hanya digunakan untuk pemisahan padat-cair.

3. Penyaring dapat dioperasikan dengan tekanan di atas atmosfer pada aliran atas medium penyaring atau tekanan vakum pada aliran bawah.

Mesin Pres Bersaringan (Filter Press)

Suatu mesin pres bersaringan berisi satu set plat yang didesain untuk menyediakan serangkaian ruang atau kompartemen yang didalamnya padatan dikumpulkan. Plat-plat tersebut dilingkupi medium penyaring seperti kanvas. Lumpur dapat mencapai tiap-tiap kompartemen dengan
tekanan tertentu : cairan melalui kanvas dan keluar ke pipa pembuangan, meninggalkan padatan kue basah dibelakangnya. Plat dari suatu mesin pres bersaringan dapat berbentuk persegi atau lingkaran, vertikal atau horizontal.

Kebanyakan kompartemen padatan dibentuk dengan penyelia plat polipropelina cetakan. Dalam desain lain, kompertemen tersebut dibentuk di dalam cetakan plat berbingkai (plate-and-frame press), yang didalamnya terdapat plat persegi panjang yang pada satu sisi dapat diubah-ubah.
Pengoperasiannya sebagai berikut :

1. Plat dan bingkai dipasang pada posisi vertikal dalam rak logam, dengan kain melingkupi permukaan setiap plat,dan ditekan dengan keras bersama dengan memutar skrup hidraulik.

2. Lumpur memasuki suatu sisi akhir dari rangkaian plat dan bingkai.

3. Lumpur mengalir sepanjang jalur pada satu sudut rangkaian tersebut.

4. Jalur tambahan mengalirkan lumpur dan jalur utama ke dalam setiap bingkai.

5. Padatan akan terendapkan di atas kain yang menutupi permukaan plat.

6. Cairan menembus kain, menuruni jalur pada permukaan plat (corrugation), dan keluar dari mesin press.

7. Setelah merangkai mesin pres, lumpur dimasukkan dengan pompa atau tangki bertekanan pada tekanan 3 s.d. 10 atm.

Filtrasi dengan aliran

Ditulis oleh Suparni Setyowati Rahayu pada 22-06-2009

Filtrasi dengan aliran vertikal dilakukan dengan membagi limbah ke beberapa filter bed (2 atau 3 unit) secara bergantian. Pembagian limbah secara bergantian tersebut dilakukan dengan pengaturan klep (dosing)dan untuk itu perlu dilakukan oleh operator. Karena perlu dilakukan pembagian secara bergantian tersebut, pengoperasian sistem ini rumit hingga tidak praktis.
Filtrasi dengan aliran horizontal dilakukan dengan mengalirkan limbah melewati media filter secara horizontal. Cara ini sederhana dan praktis tidak membutuhkan perawatan, khususnya bila di desain dan dibangun dengan baik. Filtrasi dengan aliran vertikal dan horizontal mempunyai prinsip kerja yang berbeda. Filtrasi horizontal secara permanen terendam oleh air limbah dan proses yang terjadi adalah sebagian aerobik dan sebagian anaerobik.Sedangkan pada filtrasi vertikal, proses yang terjadi cenderung anaerobik. Prinsip kerja tersebut dapat dilihat pada sketsa dibawah:

Mengingat faktor pengelolaan maka untuk finalisasi pengolahan limbah industri filtrasi dengan aliran horizontal lebih sesuai, hingga dalam manual ini hanya sistem tersebut yang dibahas dengan lebih rinci.Penyumbatan merupakan salah satu faktor yang perlu diperhatikan didalam filtrasi horizontal. Bila penyumbatan (clogging) ini terjadi maka konstruksi tersebut tidak akan berfungsi dengan semestinya dan perlu dilakukan pembongkaran serta penggantian media dan hal tersebut merupakan pekerjaan yang menyulitkan. Karena itu pemilihan media merupakan salah satu issue yang amat penting didalam men desain filtrasi horizontal.

Sungguhpun pada tingkat finalisasi (post treatment), beban organis dan padatan pada air limbah lebih besar dibanding filtrasi untuk pengolahan air minum. Karena itu media yang lazim digunakan untuk filtrasi horizontal adalah gravel (kerikil). Konstruksi demikian sering juga disebut sebagai : “Constructed Wetland”; “Sub Surface Flow Wetland (SSF)”, atau; “Root Zone Treatment Plant’.Beberapa syarat yang perlu diperhatikan untuk applikasi Filtrasi Horizontal adalah:
• Sedimen didalam limbah cair harus cukup rendah. Dalam hal ini masukan limbah kedalam Imhoff cone dan setelah kira kira 1 jam sedimen nya harus kurang dari 1 ml/I.

• Sedangkan Suspended Solid yang tidak terendapkan harus kurang dari 100 ml/I Hal lain yang perlu juga diperhatikan adalah bila COD dari settleable solid kurang dari 40% dari Total SS; ada kemungkinan bahwa padatan didalam-nya adalah lemak (fat) dalam bentuk kolloida. Formasi lemak tersebut dapat menghambat pengaliran didalam filtrasi horizontal (mengt. raagi hydraulic conductivity)dan konsekwensinya mengurangi umur dan kinerja konstruksi.Kasus seperti ini banyak dijumpai pada limbah industri makanan misalnya industri dairy, pemotongan hewan, dlsb.

• COD dari limbah tidak lebih dari kira kira 400 mg/I.Konsekwensinya cara ini lebih baik digunakan untuk pengolahan lanjutan (post treatment) dan bukannya untuk primary treatment.Proses treatment yang terjadi pada Filtrasi Horizontal amat komplex.

Terdapat beberapa teori dan pendapat yang berusaha menjelaskan proses yang terjadi. Misalnya bagaimana proses physical filtration,terjadinya intake udara, pengaruh tanaman pada proses biologis,dlsb. Tetapi semua pendapat dan teori tersebut masih merupakan rekaan dan masih terdapat banyak kontroversi.Andaikata proses yang terjadi pada tiap bagian dapat dijelaskan,masih terdapat pertanyaan besar untuk menjelaskan interaksi antar tiap proses yang terjadi didalam keseluruhan konstruksi ini.

Pengertian Distilasi

Distilasi adalah suatu cara pemisahan larutan dengan menggunakan panas sebagai pemisah atau “separating agent”. Jika larutan yang terdiri dari dua buah komponen yang cukup mudah menguap, misalnya larutan benzena-toluena, larutan n-Heptan dan n-Heksan dan larutan lain yang sejenis didihkan, maka fase uap yang terbentuk akan mengandung komponen yang lebih menguap dalam jumlah yang relatif lebih banyak dibandingkan dengan fase cair.

Jadi ada perbedaan komposisi antara fase cair dan fase uap, dan hal ini merupakan syarat utama supaya pemisahan dengan distilasi dapat dilakukan. Kalau komposisi fase uap sama dengan komposisi fase cair, maka pemisahan dengan jalan distilasi tidak dapat dilakukan.

Proses distilasi dalam kilang minyak bumi merupakan proses pengolahan secara fisika yang primer yang mengawali semua proses-proses yang diperlukan untuk memproduksi BBM dan Non-BBM. Proses distilasi ini dapat menggunakan satu kolom atau lebih menara distilasi, misalnya residu dari menara distilasi dialirkan ke menara distilasi hampa atau ke menara distilasi bertekanan.

Secara fundamental semua proses-proses distilasi dalam kilang minyak bumi adalah sama. Semua proses distilasi memerlukan beberapa peralatan yang penting seperti :

- Kondensor dan Cooler

- Menara Fraksionasi

- Kolom Stripping

Proses pemisahan secara distilasi dengan mudah dapat dilakukan terhadap campuran, dimana antara komponen satu dengan komponen yang lain terdapat dalam campuran :
a. Dalam keadaan standar berupa cairan, saling melarutkan menjadi campuran homogen.
b. Mempunyai sifat penguapan relatif (α) cukup besar.

c. Tidak membentuk cairan azeotrop.

Pada proses pemisahan secara distilasi, fase uap akan segera terbentuk setelah sejumlah cairan dipanaskan. Uap dipertahankan kontak dengan sisa cairannya (dalam waktu relatif cukup) dengan harapan pada suhu dan tekanan tertentu, antara uap dan sisa cairan akan berada dalam keseimbangan, sebelum campuran dipisahkan menjadi distilat dan residu.

Fase uap yang mengandung lebih banyak komponen yang lebih mudah menguap relatif terhadap fase cair, berarti menunjukkan adanya suatu pemisahan. Sehingga kalau uap yang terbentuk selanjutnya diembunkan dan dipanaskan secara berulang-ulang, maka akhirnya akan diperoleh komponen-komponen dalam keadaan yang relatif murni.

Keseimbangan Uap –Cair

Untuk dapat menyelesaikan soal-soal distilasi harus tersedia data-data keseimbangan uap-cair sistim yang dikenakan distilasi. Data keseimbangan uap-cair dapat berupa tabel atau diagram. Tiga macam diagram keseimbangan yang akan dibicarakan, yaitu :

• Diagram Titik didih

Diagram titik didih adalah diagram yang menyatakan hubungn antara temperatur atau titik didih dengan komposisi uap dan cairan yang berkeseimbangan. Di dalam diagram titik didih tersebut terdapat dua buah kurva, yaitu kurva cair jenuh dan uap jenuh. Kedua kurva ini membagi daerah didalam diagram menjadi 3 bagian, yaitu :

1. Daerah satu fase yaitu daerah cairan yang terletak dibawah kurva cair jenuh.

2. Daerah satu fase yaitu daerah yang terletak datas kurva uap jenuh.

3. Daerah dua fase yaitu daerah uap jenuh dan cair jenuh yang terletak di antara kurva cair jenuh dan kurva uap jenuh.

• Diagram Keseimbangan uap-cair

Diagram keseimbangan uap-cair adalah diagram yang menyatakan hubungan keseimbangan antara komposisi uap dengan komposisi cairan. Diagram keseimbangan uap-cair dengan mudah dapat digambar, jika tersedia titik didihnya.

• Diagram Entapi-komposisi

Diagram entalpi-komposisi adalah diagram yang menyatakan hubungan antara entalpi dengan komposisi sesuatu sistim pada tekanan tertentu. Didalam diagram tersebut terdapat dua buah kurva yaitu kurva cair jenuh dan kurva uap jenuh. Setiap titik pada kurva cair jenuh dihubungkan dengan gari hubung “tie line” dengan titik tertentu pada kurva uap jenuh, dimana titik-titik tersebut dalam keadaan keseimbangan. Dengan adanya kedua kurva tersebut, daerah didalam diagram terbagi menjadi 3 daerah, yaitu

1. Daerah cairan yang terletak dibawah kurva cair jenuh.

2. Daerah uap yang terletak diatas kurva uap jenuh.

3. Daerah cair dan uap yang terletak diantara kurva cair jenuh dengan kurva uap jenuh

Dibawah kurva cair jenuh terdapat isoterm-isoterm yang menunjukkan entalpi cairan pada berbagai macam komposisi pada berbagai temperatur.

2.2 Macam-macam Distilasi

Distilasi berdasarkan prosesnya terbagi menjadi dua, yaitu :

1. Distilasi kontinyu

2. Distilasi batch

Berdasarkan basis tekanan operasinya terbagi menajdi tiga, yaitu :

1. Distilasi atmosferis (0,4-5,5 atm mutlak)

2. Distilasi vakum (≤ 300 mmHg pada bagian atas kolom)

3. Distilasi tekanan (≥ 80 psia pada bagian atas kolom)

Berdasarkan komponen penyusunnya :

1. Distilasi sistem biner

2. Distilasi sitem multi komponen

Berdasarkan sistem operasinya terbagi dua, yaitu :

1. Single-stage Distillation

2. Multi stage Distillation

Distilasi Vakum

Distilasi vakum adalah distilasi yang tekanan operasinya 0,4 atm (300 mmHg absolut). Distilasi yang dilakukan dalam tekanan operasi ini biasanya karena beberapa alasan yaitu :

a. Sifat penguapan relatif antar komponen biasanya meningkat seiring dengan menurunnya boiling temperature. Sifat penguapan relatif yang meningkat memudahkan terjadinya proses separasi sehingga jumlah stage teoritis yang dibutuhkan berkurang. Jika jumlah stage teoritis konstan, rasio refluks yang diperlukan untuk proses separasi yang sama dapat dikurangi. Jika kedua variabel di atas konstan maka kemurnian produk yang dihasilkan akan meningkat.

b. Distilasi pada temperatur rendah dilakukan ketika mengolah produk yang sensitif terhadap variabel temperatur. Temperatur bagian bawah yang rendah menghasilkan beberapa reaksi yang tidak diinginkan seperti dekomposisi produk, polimerisasi, dan penghilangan warna.

c. Proses pemisahan dapat dilakukan terhadap komponen dengan tekanan uap yang sangat rendah atau komponen dengan ikatan yang dapat terputus pada titik didihnya.

d. Reboiler dengan temperatur yang rendah yang menggunakan sumber energi dengan harga yang lebih murah seperti steam dengan tekanan rendah atau air panas.

Distilasi Multikomponen

Perhitungan distilasi multikomponen lebih rumit dibandingkan dengan perhitungan distilasi biner karena tidak adapat digunakan secara grafis. Dasar perhitungannya adalah penyelesaian persamaan-persamaan neraca massa, neraca energi dan kesetimbangan secara simultan. Bila distilasi melibatkan C komponen dengan N buah tahap kesetimbangan maka jumlah persamaan yang terlibat dalam perhitungan adalah N × C persamaan neraca massa, N × C relasi kesetimbangan dan N persamaan neraca energi.

Perhitungan distilasi multikomponen dilakukan dengan 2 tahap :

1. Perhitungan awal, dilakukan dengan metode pintas (Shortcut Calculation)

Perhitungan awal digunakan untuk analisis kualitatif dari suatu kolom distilasi atau perhitungan awal rancangan dengan tujuan :

* Memperkirakan komposisi produk atas dan bawah

* Tekanan sistem

* Jumlah tahap kesetimbangan

* Lokasi umpan masuk

2. Perhitungan tahap demi tahap dilakukan dengan metode eksak yang merupakan penyelesaian banyak persamaan aljabar :

* Metode sederhana dengan kalkulator

* Metode MESH dengan program komputer

* Single-stage Distillation

Single-stage Distillation biasa juga disebut dengan flash vaporization atau equilibrium distillation, dimana campuran cairan diuapkan secara parsial. Pada keadaan setimbang, uap yang dihasilkan bercampur dengan cairan yang tersisa, namun pada akhirnya uap tersebut akan dipisahkan dari kolom seperti juga fase cair yang tersisa. Distilasi jenis ini dapat dilakukan dalam kondisi batch maupun kontinyu.

2.3 Tray Tower

Tray tower merupakan bejana vertikal dimana cairan dan gas dikontakkan melalui plate-plate yang disebut sebagai tray. Fungsi dari penggunaan tray adalah untuk memperbesar kontak antara cairan dan gas sehingga komponen dapat dipisahkan sesuai dengan rapat jenisnya, dalam bentuk gas atau cairan. Jumlah tahapan atau tray dalam suatu kolom tergantung pada tingginya kesulitan pemisahan zat yang akan dilakukan dan juga ditentukan berdasarkan perhitungan neraca massa dan kesetimbangan. Efisiensi tray dan jumlah tray yang sebenarnya ditentukan oleh desain yang digunakan dan kondisi operasi, sedangkan diameter kolom bergantung pada jumlah gas dan cairan yang melewati kolom per unit waktu.

Untuk mendapatkan produk yang baik diperlukan alat kontak antara uap dengan cairan. Beberapa jenis alat kontak antara uap dengan cairan adalah bubble cap tray, grid tray, sieve tray dan valve tray.

Sieve Tray

Sieve tray merupakan jenis tray yang paling sederhana dibandingkan jenis tray yang lain dan lebih murah daripada jenis bubble cap. Pada Sieve tray uap naik ke atas melalui lubang-lubang pada plate dan terdispersi dalam cairan sepanjang plate. Cairan mengalir turun ke plate di bawahnya melalui down comer dan weir.

Meskipun sive tray mempunyai kapasitas yang lebih besar pada kondisi operasi yang sama dibandingkan dengan bubble cap, namun sieve tray mempunyai satu kekurangan yang cukup serius pada kecepatan uap yang relatif lebih rendah dibandingkan pada kondisi operasi normal. Pada sieve tray, aliran uap berfungsi mencegah cairan mengalir bebas ke bawah melalui lubang-lubang, tiap plate di desain mempunyai kecepatan uap minimum yang mencegah terjadinya peristiwa “dumps” atau “shower” yaitu suatu peristiwa dimana cairan mengalir bebas mengalir ke bawah melalui lubang-lubang pada plate.

Kecepatan uap minimum ini yang harus amat sangat diperhatikan dalam mendesain sieve tray dan menjadi kesulitan tersendiri dalam kondisi operasi sesungguhnya.Efisiensi sieve tray sama besarnya dengan bubble cap pada kondisi desain yang sama, namun menurun jika kapasitasnya berkurang di bawah 60% dari desain.

Sectional construction

Seksi plate dipasang pada cincin yang dilas di sekeliling dinding kolom bagian dalam dan pada balok-balok penyangga. Lebar balok penyangga dan cincin sekitar 50 mm, dengan jarak antar satu balok dengan yang lainnya sekitar 0.6 m. Balok penyangga dipasang horizontal sebagai penyangga plate, biasanya di bentuk dari lembaran yang dilipat atau dibentuk. Satu bagian dari plate di desain bisa di pindahkan yang berfungsi sebagai manway. Hal ini bertujuan untuk mengurangi jumlah manway yang dapat mengurangi biaya konstruksi.

Downcomers

Downcomer terdapat pada semua equilibrium-stage trays, bertujuan sebagai media cairan untuk mengalir dari tray atas ke tray di bawahnya. Downcomer di desain untuk menyediakan kapasitas penanganan cairan yang cukup untuk kolom distilasi dan pada waktu yang sama untuk memenuhi luas minimum dari area cross-sectional, sehingga area aktif dari pada tray akan maksimum. Jenis-jenis downcomer dapat dilihat pada gambar di bawah ini.Merupakan jenis yang paling sederhana dan murah dalam konstruksi dan paling memuaskan untuk berbagai macam tujuan. Channel downcomer dibentuk dari plat rata yang kemudian disebut apron yang dipasang dengan posisi ke bawah dari outlet weir. Apron biasanya vertikal, namun bisa juga agak miring untuk meningkatkan area plate untuk perforation.

Flooding

Flooding terjadi jika busa pada plate berakumulasi melebihi penyangga downcomer. Downcomer kemudian mengandung campuran yang mempunyai densitas yang lebih rendah dari cairan murni, kapasitasnya berkurang, level cairan meningkat pada downcomer sampai akhirnya mencapai tray di atasnya dan selanjutnya akan mencapai keadaan dimana cairan memenuhi kolom

Weep Point.

Weep point bisa diartikan sebagai kecepatan minimum uap yang dapat memberikan kestabilan kondisi operasi.

Tray spacing

Tray spacing merupakan jarak antara satu tray dengan tray yang lainnya. Biasanya sekitar 6 inci lebih pendek dari bubble cap tray. Sieve tray beroperasi pada spacing sekitar 9 inci sampai 3 inci. Yang biasa digunakan adalah sekitar 12-16 inci.

Hole Size, arrangement and Spacing 

Diameter lubang dan pengaturannya bervariasi tergantung kebutuhan dan keinginan dari yang mendesain. Yang biasa dipakai untuk kegiatan komersil yaitu diameter ¾ dan 1 inci. Diameter lubang direkomendasikan untuk self cleaning yaitu 3/16 inci. Diameter ½ inci bisa digunakan untuk berbagai macam kebutuhan termasuk yang melibatkan fouling dan cairan yang mengandung solid tanpa kehilangan efisiensi. Diameter 1/8 inci sering digunakan untuk kondisi vakum

Pengaturan posisi lubang atau arrangement bisa berupa triangular pitch (segitiga) atau square pitch (segiempat), lebih jelasnya bisa dilihat pada gambar di bawah ini.Jika jarak antar lubang dua kali diameter maka cenderung akan mengalami “unstable operation”. Jarak lubang yang direkomendasikan adalah 2.5 do sampai 5 do, dan yang paling direkomendasikan 3.8 do.

Active Hole Area

Ialah luasan total pada plate termasuk di dalamnya ialah perforated area dan calming zone.

Perforated Area

Perforated area atau hole area ialah area pada plate dimana masih terdapat lubang-lubang tempat kontaknya cairan dan uap.

Calming Zone

Ialah area pada plate yang tidak terdapat lubang-lubang.

Height of Liquid Over Outlet Weir, how

Batas minimum tinggi weir adalah 0.5 inci, dengan 1-3 inci yang paling direkomendasikan. Untuk lebih jelasnya biasa dilihat pada gambar di bawah ini. 

Untuk menentukan jumlah tahap yang dibutuhkan pada distilasi multi komponene diperlukan dua kunci, yaitu Light Key Component (LK) dan Heavy Key Component (HK) komponen. Light Key Component adalah komponen fraksi ringan pada produk bawah dalam jumlah kecil tapi tidak dapat diabaikan. Heavy Key Component adalah komponen fraksi berat pada produk atas dalam jumlah kecil yang tidak dapat diabaikan. LK dan HK diperlukan untuk mengetahui distribusi komponen lain. Jumlah tahap yang diperlukan untuk pemisahan juga tergantung pada rasio refluks (perbandingan refluks) yang digunakan.

R= Dengan menaikkan reflux akan menurunkan jumlah tahap yang dibutuhkan dan menurunkan capital cost tetapi hal ini akan menaikkan kebutuhan steam serta operating cost. Sehingga diperlukan nilai rasio optimum yang memberikan biaya operasi yang rendah. Untuk mendapatkan beberapa sistem nilai rasio optimum antara 1,2 sampai 1,5 kali refluks minimum.

Efisiensi Tray

Efisiensi tray adalah pendekatan fraksional terhadap kondisi kesetimbangan yang dihasilkan oleh tray aktual. Untuk itu dibutuhkan pengukuran terhadap kesetimbangan seluruh uap dan cairan yang berasal dari tray, namun karena kondisi dari beberapa lokasi pada tray berbeda antara tray sartu dengan yang lain, digunakan pendekatan titik efisiensi akibat perpindahan massa tray

Untuk menghitung efisiensi dari pemisahan umpan menjadi produk atas dan produk bawah digunakan tahapan-tahapan sebagai berikut:

1. Menentukan jumlah plate minimum dengan metode Fenske.

2. Menetukan jumlah refluk minimum dengan metode Underwood.

3. Menentukan jumlah plate teoritis dengan metode:

a. Grafik Gilliland

Destilasi adalah pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi berdasarkan perbedaan titik didihnya. Dalam hal ini adalah destilasi fraksinasi. Mula-mula minyak mentah dipanaskan dalam aliran pipa dalam furnace (tanur) sampai dengan suhu ± 370°C. Minyak mentah yang sudah dipanaskan tersebut kemudian masuk kedalam kolom fraksinasi pada bagian flash chamber (biasanya berada pada sepertiga bagian bawah kolom fraksinasi). Untuk menjaga suhu dan tekanan dalam kolom maka dibantu pemanasan dengan steam (uap air panas dan bertekanan tinggi).
Menara destilasi  minyak mentah yang menguap pada proses destilasi ini naik ke bagian atas kolom dan selanjutnya terkondensasi pada suhu yang berbeda-beda. Komponen yang titik didihnya lebih tinggi akan tetap berupa cairan dan turun ke bawah, sedangkan yang titik didihnya lebih rendah akan menguap dan naik ke bagian atas melalui sungkup-sungkup yang disebut sungkup gelembung. Makin ke atas, suhu yang terdapat dalam kolom fraksionasi tersebut makin rendah, sehingga setiap kali komponen dengan titik didih lebih tinggi akan terpisah, sedangkan komponen yang titik didihnya lebih rendah naik ke bagian yang lebih atas lagi. Demikian selanjutnya sehingga komponen yang mencapai puncak adalah komponen yang pada suhu kamar berupa gas. Komponen yang berupa gas ini disebut gas petroleum, kemudian dicairkan dan disebut LPG (Liquified Petroleum Gas).
Fraksi minyak mentah yang tidak menguap menjadi residu. Residu minyak bumi meliputi parafin, lilin, dan aspal. Residu-residu ini memiliki rantai karbon sejumlah lebih dari 20.
Fraksi minyak bumi yang dihasilkan berdasarkan rentang titik didihnya antara lain sebagai berikut :

1. Gas 

Rentang rantai karbon : C1 sampai C5

Trayek didih : 0 sampai 50°C

2. Gasolin (Bensin)

Rentang rantai karbon : C6 sampai C11

Trayek didih : 50 sampai 85°C

3. Kerosin (Minyak Tanah)

Rentang rantai karbon : C12 sampai C20

Trayek didih : 85 sampai 105°C

4. Solar

Rentang rantai karbon : C21 sampai C30

Trayek didih : 105 sampai 135°C

5. Minyak Berat

Rentang ranai karbon : C31 sampai C40

Trayek didih : 135 sampai 300°C

6. Residu

Rentang rantai karbon : di atas C40

Trayek didih : di atas 300°C

Fraksi-fraksi minyak bumi dari proses destilasi bertingkat belum memiliki kualitas yang sesuai dengan kebutuhan masyarakat, sehingga perlu pengolahan lebih lanjut yang meliputi proses cracking, reforming, polimerisasi, treating, dan blending.