Separator

Unit Pemisahan

Pemisahan merupakan suatu proses yang penting dalam industri kimia. Dalam proses sintesa pada industri kimia diinginkan produk dengan kemurnian yang tertentu atau diperlukan pula bahan baku dengan kemurnian tertentu. Dengan proses pemisahan diharapkan dapat memperoleh kemurnian produk yang semurni mungkin atau konsentrasi yang sesuai dengan permintaan pasar.

Dalam industri kimia terdapat berbagai macam proses pemisahan, tergantung fase penyusun campuran yang akan dipisahkan. Campuran yang terdiri atas satu fase saja disebut campuran homogen. Sedangkan campuran yang terdiri atas 2 fase atau lebih disebut campuran heterogen.

Proses-proses pemisahan campuran homogen antara lain:

1. Evaporasi atau penguapan adalah suatu proses yang bertujuan memekatkan suatu larutan yang terdiri atas pelarut (solvent) yang volatile dan zat terlarut (solute) yang nonvolatile. Dalam kebanyakan proses evaporasi, pelarutnya adalah air. Evaporasi dilakukan dengan menguapkan sebagian dari pelarut sehingga didapatkan larutan zat cair pekat yang konsentrasinya lebih tinggi (Saleh, 2004). Menurut Saleh (2004), umumnya, dalam evaporasi, larutan pekat merupakan produk yang diinginkan, sedangkan uapnya diembunkan dan dibuang. Sebagai contoh adalah pemekatan larutan susu, sebelum dibuat menjadi susu bubuk. Prinsip kerja pemekatan larutan dengan evaporasi didasarkan pada perbedaan titik didih yang sangat besar antara zat-zat yang yang terlarut dengan pelarutnya. Pada industri susu, titik didih normal air (sebagai pelarut susu) 100°C, sedang padatan susu praktis tidak bisa menguap. Jadi, dengan menguapnya air dan tidak menguapnya padatan, akan diperoleh larutan yang makin pekat (Saleh, 2004).
2. 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 termasuk sebagai 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.
3. Ekstraksi adalah suatu proses pemisahan suatu zat berdasarkan perbedaan kelarutannya terhadap dua cairan tidak saling larut yang berbeda, biasanya air dan yang lainnya pelarut organik.

Proses ekstraksi dapat berlangsung pada:

a.    Ekstraksi parfum, untuk mendapatkan komponen dari bahan yang wangi.

b.    Ekstraksi cair-cair atau dikenal juga dengan nama ekstraksi solven. Ekstraksi jenis ini merupakan proses yang umum digunakan dalam skala laboratorium maupun skala industri.

c.    Leaching, adalah proses pemisahan kimia yang bertujuan untuk memisahkan suatu senyawa kimia dari matriks padatan ke dalam cairan.

4. Kristalisasi merupakan peristiwa pembentukan partikel-partikel zat padat dalam suatu fase homogen. Menurut Brown (1978) kristalisasi adalah suatu proses pembentukan kristal dari larutannya dan kristal yang dihasilkan dapat dipisahkan secara mekanik. Kristalisasi dari larutan terjadi jika padatan terlarut dalam keadaan berlebih (di luar kesetimbangan), maka sistem akan mencapai kesetimbangan dengan cara mengkristalkan padatan terlarut (Dewi dan Ali, 2003). Kristalisasi senyawa dalam larutan langsung pada permukaan transfer panas dimana kerak terbentuk memerlukan tiga faktor simultan yaitu konsentrasi lewat jenuh (supersaturation), nukleasi (terbentuknya inti kristal) dan waktu kontak yang memadai.  Pada saat terjadi penguapan, kondisi jenuh (saturation) dan kondisi lewat jenuh (supersaturation) dicapai secara simultan melalui pemekatan larutan dan penurunan daya larut setimbang saat kenaikan suhu menjadi suhu penguapan. Pembentukan inti kristal terjadi saat larutan jenuh, kemudian sewaktu larutan melewati kondisi lewat jenuh beberapa molekul akan bergabung membentuk inti kristal. Inti kristal ini akan terlarut bila ukurannya lebih kecil dari ukuran partikel kritis (inti kritis), sementara itu kristal-kristal akan berkembang bila ukurannya lebih besar dari partikel kritis. Apabila ukuran inti kristal menjadi lebih besar dari inti kritis, maka akan terjadi pertumbuhan kristal.
5. Absorpsi adalah proses pemisahan bahan dari suatu campuran gas dengan cara pengikatan bahan tersebut pada permukaan absorben cair yang diikuti dengan pelarutan. Kelarutan gas yang akan diserap dapat disebabkan hanya oleh gaya-gaya fisik (pada absorpsi fisik) atau selain gaya tersebut juga oleh ikatan kimia (pada absorpsi kimia). Komponen gas yang dapat membentuk ikatan kimia akan dilarutkan lebih dahulu dan juga dengan kecepatan yang lebih tinggi. Karena itu absorpsi kimia mengungguli absorpsi fisik. Stripping atau pelucutan adalah proses pemisahan yang cara kerjanya sama dengan proses absorbsi hanya solute yang akan dipisahkan berupa fase liquid sedangkan pelarutnya fase gas.
6. Presipitasi atau reaksi pengendapan dalam bidang kimia didefinisikan sebagai proses pengendapan kandungan zat larutan yang dikarenakan adanya reaksi kimia. Senyawa-senyawa yang sering digunakan dalam reaksi pengendapan yaitu senyawa-senyawa ionik. Sebagai contoh reaksi antara larutan timbal nitrat [Pb(NO₃)₂] yang ditambahkan ke dalam larutan natrium iodida (NaI) dan terbentuk endapan timbal iodida (PbI₂) yang berwarna kuning. Untuk lebih jelas reaksinya seperti ini,

Pb(NO₃)_2(aq) + 2NaI _(aq) → PbI_2(s) + 2NaNO_{3 (aq)}

Reaksi pengendapan yang terjadi menghasilkan endapan timbal iodida.

Terbentuknya endapan atau tidak dalam suatu reaksi, itu tergantung kelarutan dari zat terlarut, yaitu jumlah maksimum zat terlarut yang akan larut dalam sejumlah tertentu pelarut pada suhu tertentu. Dalam hal ini zat dapat dibagi, yaitu dapat larut, sedikit larut atau tidak dapat larut. jika suatu zat dapat larut dalam air maka termasuk dapat larut, jika tidak dapat larut dalam air maka termasuk sedikit larut atau tidak dapat larut. Semua senyawa ionik merupakan elektrolit kuat, tetapi daya larutnya tidak sama.

Sedangkan proses-proses pemisahan campuran heterogen antara lain:

1. Sedimentasi adalah suatu proses pengendapan material yang ditranspor oleh media air, angin, es atau gletser di suatu cekungan. Delta yang terdapat di mulut-mulut sungai adalah hasil dan proses pengendapan material-material yang diangkut oleh air sungai, sedangkan bukit pasir (sand dunes) yang terdapat di gurun dan di tepi pantai adalah pengendapan dari material-material yang diangkut oleh angin.
2. Filtrasi atau penyaringan adalah proses yang digunakan untuk memisahkan padatan dari cairan atau gas dengan menggunakan media saring atau filter yang memungkinkan cairan tersebut lewat, dan padatannya tertinggal. Istilah “filtrasi” berlaku baik filter itu mekanis, biologis, atau fisik. Cairan yang melewati filter disebut filtrat. Media saringannya bisa berupa filter permukaan, yang merupakan padatan yang menjebak partikel padat, atau saringan dalam, yang merupakan bahan dasar yang menjebak padatan. Filtrasi biasanya merupakan proses yang tidak sempurna. Beberapa cairan tetap berada di sisi umpan filter atau masih berada di media filter dan beberapa padatan kecil lolos melalui filter.
3. Sentrifugasi adalah proses pemisahan dengan menggunakan gaya sentrifugal sebagai driving force-nya. Pemisahan dapat dilakukan terhadap fasa padat - cair tersuspensi maupun campuran berfasa cair - cair yang memiliki massa jenis yang berbeda. Pemisahan menggunakan gaya sentrifugal biasanya digunakan pada pemisahan fasa padat dengan fasa cair yang tercampur. Pemisahan menggunakan gaya sentrifugal dilakukan apabila perbedaan densitas antara kedua fasa tidak terlalu besar, bisa dalam bentuk campuran suspensi, dimana pemisahan dengan gravitasi akan memakan waktu sangat lama. Teknik sentrifugasi ini digunakan untuk mempercepat proses pengendapan. Dalam keperluan lain operasi sentrifugasi juga dapat berfungsi ganda, yaitu sebagai pemisah untuk campuran maupun untuk membantu proses pengeringan bahan.

Case 1 Octave

Penentuan Dew Point Campuran

LPG mengandung campuran uap 10% metana, 20% etana, 70% propane didinginkan pada tekanan tetap 7 atm. Ingin dicari pada suhu berapa (Celsius) pengembunan terjadi dan komposisi embunan yang terbentuk (xi) jika diketahui bahwa tekanan uap murni mengikuti persamaan sebagai berikut:

Petunjuk : kesetimbangan uap-cair mengikuti hukum Roult-Dalton

    xi.Pi^sat = yi.P_T
dengan xi adalah fraksi mol cairan i, Pi^sat adalah tekanan uap murni komponen i, yi adalah fraksi mol uap i, dan P_T adalah tekanan total sistem.

Persamaan yang diketahui:

Pada saat kesetimbangan terjadi maka

    x1+x2+x3=1 dan y1+y2+y3=1

karena yang diamati adalah cairan maka digunakan persamaan:

    f(T)=x1+x2+x3-1

Penyelesaian:

Untuk menentukan nilai T yang bisa memenuhi persamaan f(T) dapat dilakukan proses trial

dengan langkah perhitungan sebagai berikut :

1. Trial T awal.
2. Hitung Pi^sat pada T awal.
3. Hitung nilai komposisi cairan (xi) dengan menggunakan komposisi uap (yi) dan tekanan total P_T.
4. Hitung nilai f(T) dangan menggunakan komposisi cairan (xi).
5. Apakah nilai f(T)=0?
6. Jika tidak maka kembali ke a dengan trial nilai T yang baru.
7. Jika Ya maka perhitungan selesai.

Dari alur hitung tersebut dapat dilihat bahwa untuk menentukan nilai T yang sesuai maka nilai dari persamaan f(T) harus bernilai nol. Untuk melakukan ini pada Octave telah tersedia toolbox berupa fzero untuk mencari nilai nol fungsi f(T) atau fsolve untuk menyelesaikan persamaan f(T).


Algoritma perhitungan:

Code:

Hasil Perhitungan:

PENGOLAHAN KELAPA SAWIT

Pengertian

Kelapa sawit (Elaeis guineensis) adalah tumbuhan industri penting penghasil minyak masak, minyak industri, maupun bahan bakar (biodiesel). Perkebunannya menghasilkan keuntungan besar, sehingga banyak hutan dan perkebunan lama dikonversi menjadi perkebunan kelapa sawit. Indonesia adalah penghasil minyak kelapa sawit kedua dunia setelah malaysia. Di Indonesia penyebarannya di daerah Aceh, Pantai Timur Sumatra, Jawa, sulawesi, dan Kalimantan.

Minyak sawit dapat digunakan untuk begitu beragam peruntukannya karena keunggulan sifat yang dimilikinya, yaitu tahan oksidasi dengan tekanan tinggi, mampu melarutkan bahan kimia yang tidak larut oleh bahan pelarut lainnya, mempunyai daya lapis yang tinggi dan tidak menimbulkan iritasi pada tubuh dalam bidang kosmetik. Bagian yang paling populer untuk diolah dari kelapa sawit adalah buah. Bagian daging buah menghasilkan minyak kelapa sawit mentah yang diolah menjadi bahan baku minyak goreng dan berbagai jenis turunannya. Kelebihan minyak nabati dari sawit adalah harga yang murah, rendah kolesterol, dan memiliki kandungan karoten tinggi. Minyak sawit juga diolah menjadi bahan baku margarin.

Tahapan Pengolahan

Tandan buah segar (TBS) yang dipanen di kebun diangkut ke lokasi pabrik minyak sawit dengan menggunakan truk. Sebelum dimasukkan ke dalam Loading Ramp, tandan buah segar tersebut harus ditimbang terlebih dahulu pada jembatan penimbangan (weighing bridge). Perlu diketahui bahwa kualitas hasil CPO (Crude Palm Oil) yang diperoleh sangat dipengaruhi oleh kondisi buah (TBS) yang diolah dalam pabrik, sedangkan proses pengolahan dalam pabrik hanya berfungsi menekan kehilangan di dalam pengolahannya, sehingga kualitas hasil tidak semata-mata tergantung dari TBS yang masuk ke dalam pabrik. Secara garis besar diagram alir dari proses pengolahan kelapa sawit dapat dilihat pada gambar 1 dibawah.

Informasi diagram alir tersebut sebagai berikut :

Gambar 1. Diagram alir proses pengolahan kelapa sawit

Perebusan

Tandan buah segar setelah ditimbang kemudian dimasukkan ke dalam lori rebusan yang terbuat dari plat baja berlubang-lubang (cage) dan langsung dimasukkan ke dalam sterilizer, yaitu bejana perebusan yang menggunakan uap air yang bertekanan antara 2.2 sampai 3.0kg/cm2. Proses perebusan ini dimaksudkan untuk mematikan enzim-enzim yang dapat menurunkan kualitas minyak.

Di samping itu, itu juga dimaksudkan agar buah mudah lepas dari tandannya dan memudahkan pemisahan cangkang dan inti dengan keluarnya air dari biji. Proses ini biasanya berlangsung selama 90 menit dengan menggunakan uap air bertekanan. Dengan proses ini dapat dihasilkan kondensat yang mengandung 0.5% minyak ikan pada temperatur tinggi. Kondensat ini kemudian dimasukkan ke dalam fat pit. Tandan buah yang sudah direbus dimasukkan ke dalam thresher dengan menggunakan hoisting crane.

Perontokan Buah Dari Tandan

Pada tahap ini, buah yang masih melekat pada tandannya akan dipisahkan dengan menggunakan prinsip bantingan sehingga buah tersebut terlepas kemudian ditampung dan dibawa oleh fit conveyor ke digester. Tujuannya untuk memisahkan brondolan (fruitlet) dari tangkai tandan. Alat yang digunakan disebut thresher dengan drum berputar (rotary drum thresher). Hasil stripping tidak 100%, artinya masih ada brondolan yang melekat pada tangkai tandan, hal ini yang disebut dengan USB (Unstripped Bunch). Untuk mengatasi hal ini, maka dipakai sistem “Double Threshing”. Sistem ini bekerja dengan cara janjang kosong/EFB (Empty Fruit Bunch) dan USB yang keluar dari Thresher pertama, tidak langsung dibuang, tetapi masuk thresher kedua yang selanjutnya EFB dibawa ke tempat pembakaran (incinerator) dan dimanfaatkan sebagai produk sampingan.

Pengolahan Minyak dari Daging Buah

Brondolan buah (buah lepas) yang dibawa oleh fruit conveyor dimasukkan ke dalam Digester atau peralatan pengaduk. Didalam alat ini dimaksudkan supaya buah terlepas dari biji. Dalam proses pengadukan (digester) ini digunakan uap air yang temperaturnya selalu dijaga agar stabil antara 800 - 900C. Setelah massa buah dari proses pengadukan selesai kemudian dimasukkan ke dalam alat pengepresan (screw press) agar minyak keluar dari biji dan fibre. Untuk proses pengepresan ini perlu tambahan panas sekitar 10% s/d 15% terhadap kapasitas pengepresan. Dari pengepresan tersebut akan diperoleh minyak kasar dan ampas serta biji.

Sebelum minyak kasar tersebut ditampung pada crude oil tank harus dilakukan pemisahan kandungan pasir sand trap yang kemudian dilakukan penyaringan (vibrating screen). Sedangkan ampas dan biji yang masih mengandung minyak (oil sludge) dikirim ke pemisahan ampas dan biji (depericarper).

Dalam proses penyaringan minyak kasar tersebut perlu ditambahkan air panas untuk melancarkan penyaringan minyak tersebut. Minyak kasar (crude oil) kemudian dipompa ke dalam decanter guna memisahkan solid dan liquid. Pada fase cair yang berupa minyak, air dan massa jenis ringan, ditampung pada continuous setting tank, minyak dialirkan ke oil tank dan pada fase berat (sludge) yang terdiri dari padatan terlarut ditampung ke dalam sludge tank yang kemudian dialirkan ke sludge separator untuk memisahkan minyaknya.

Proses Pemurnian Minyak

Minyak dari oil tank kemudian dialirkan ke oil purifier untuk memisahkan kotoran/solid yang mengandung kadar air. Kemudian melalui sarvo balance, maka minyak sawit dipompakan ke tangki timbun (oil storage tank).

Case 1 Matlab Teknik Kimia

Penentuan Dew Point Campuran

LPG mengandung campuran uap 10% metana, 20% etana, 70% propane didinginkan pada tekanan tetap 7 atm. Ingin dicari pada suhu berapa (Celsius) pengembunan terjadi dan komposisi embunan yang terbentuk (xi) jika diketahui bahwa tekanan uap murni mengikuti persamaan sebagai berikut:

Petunjuk : kesetimbangan uap-cair mengikuti hukum Roult-Dalton

    xi.Pi^sat = yi.P_T
dengan xi adalah fraksi mol cairan i, Pi^sat adalah tekanan uap murni komponen i, yi adalah fraksi mol uap i, dan P_T adalah tekanan total sistem.

Persamaan yang diketahui:

Pada saat kesetimbangan terjadi maka

    x1+x2+x3=1 dan y1+y2+y3=1

karena yang diamati adalah cairan maka digunakan persamaan:

    f(T)=x1+x2+x3-1

Penyelesaian:

Untuk menentukan nilai T yang bisa memenuhi persamaan f(T) dapat dilakukan proses trial

dengan langkah perhitungan sebagai berikut :

1. Trial T awal.
2. Hitung Pi^sat pada T awal.
3. Hitung nilai komposisi cairan (xi) dengan menggunakan komposisi uap (yi) dan tekanan total P_T.
4. Hitung nilai f(T) dangan menggunakan komposisi cairan (xi).
5. Apakah nilai f(T)=0?
6. Jika tidak maka kembali ke a dengan trial nilai T yang baru.
7. Jika Ya maka perhitungan selesai.

Dari alur hitung tersebut dapat dilihat bahwa untuk menentukan nilai T yang sesuai maka nilai dari persamaan f(T) harus bernilai nol. Untuk melakukan ini pada Matlab telah tersedia toolbox berupa fzero untuk mencari nilai nol fungsi f(T) atau fsolve untuk menyelesaikan persamaan f(T).


Algoritma perhitungan:

Code:

Hasil Perhitungan: