Azeotrop
Azeotrop merupakan campuran dari dua atau lebih larutan (kimia) dengan perbandingan tertentu , dimana komposisi ini tetap / tidak bisa diubah lagi dengan cara destilasi sederhana. Kondisi ini terjadi karena ketika azeotrop di didihkan, uap yang dihasilkan juga memiliki perbandingan konsentrasi yang sama dengan larutannya semula akibat ikatan antar molekul pada kedua larutannya (Supriyono, 2011).
Azeotrop positif
Jika titik didih campuran azeotrop kurang dari titik didih salah satu larutan konstituennya, contoh campuran 95,63 etanol dan 4,37 % air, etanol mendidih pada suhu 78,4 OC sedangkan air mendidih pada suhu 100 OC, tetapi campurannya/azeotropnya mendidih pada suhu 78,2 OC (Supriyono, 2011).
Azeotrop Negatif
Jika titik didih campuran azeotrop lebih dari titik didih konstituennya atau salah satu konstituennya. Contoh campuran asam klorida pada konsentrasi 20,2 % dan 79,8 % air. Asam klorida (murni) mendidih pada suhu -84OC, tetapi campuran azeotropnya memiliki titik didih 110OC (Supriyono, 2011).
1. Pemisahan Senyawa Azeotrop dengan Teknik Pervaporasi
Pervaporasi adalah proses pemisahan menggunakan membran dimana suatu campuran cairan (umpan) yang kontak dengan membran yang berada dalam tekanan atmosfer dan dimana permeatnya diubah menjadi uap karena tekanan rendah yang diberikan pada permeat (Mulder, 1996).
perubahan fase permeat dari cair menjadi uap selama perpindahan bahan. Umpan dalam proses pervaporasi berfase cair (Rautenbach & Albercht, 1989).
Penerapan pervaporasi adalah sebagai berikut (Seader & Henley, 2006):
(a) dehidrasi etanol,
(b) dehidrasi alkohol organik, keton, dan ester,
(c) pemisahan dari campuran organik dari a
Parameter – parameter yang mempengaruhi kinerja pervaporasi yaitu:
1. Tekanan atas (upstream pressure)
Tekanan atas berhubungan dengan mekanisme transpor massa melalui membrane antarmuka. Hal ini akan mempengaruhi kondisi laju permeasi suatu tekanan uap jenuh (Huang & Feng, 1997).
2. Tekanan bawah (downstream pressure)
Pengaruh tekanan bawah pada sisi permeat terhadap selektivitas tidak berubah secara signifikan oleh kenaikan tekanan bawah.
3. Suhu
Selektivitas bergantung pada suhu umpan, selektivitas menurun dengan meningkatnya suhu (Smitha et al., 2004).
4. Ketebalan lapisan
Menurut pernyataan sebelumnya, jika terjadi difusi umpan melalui membran merupakan tahap penentuan laju transfer.
Keunggulan
a. Hemat energi dan dapat memisahkan campuran azeotrop dengan mudah
b. Memungkinkan untuk dapat diaplikasikan untuk berbagai tujuan pemisahan
c. Menghasilkan produk yang bebas kontaminan
d. Tidak mencemari lingkungan
e. Proses pengoperasian mudah
f. Menghemat tempat
g. Mudah untuk diinstalasi dalam pabrik
Contoh Teknologi Pervaporasi Untuk Dehidrasi Etanol Menggunakan Membran Zeolit NaA
Pervaporasi merupakan suatu proses pemisahan berbasiskan membran dimana pemisahan berdasarkan perbedaan afinitas komponen-komponen campuran terhadap membran. Pervaporasi efektif digunakan untuk memisahkan campuran azeotrop karena pemisahan tidak berdasarkan kesetimbangan uap-cair. Pada pervaporasi etanol-air, membran yang digunakan harus bersifat hidrofilik dan selektif. Saat ini membran zeolit banyak digunakan untuk pervaporasi etanol-air karena sifat hidrofilisitas dan daya tahannya yang baik (Permata, 2012)
Penelitian ini memiliki tujuan untuk memperoleh membran Zeolit NaA yang dapat digunakan untuk pervaporasi etanol-air. Selain itu, dari penelitian ini diharapkan dapat diketahui kinerja dari membran Zeolit NaA yang diperoleh dalam pemisahan campuran etanol-air. Membran zeolit dibuat dengan proses sintesis hidrotermal dimana bahan baku zeolit yang berupa jel dikontakan dengan permukaan support dan dipanaskan. Parameter yang divariasikan antara lain adalah konsentrasi jel, metode sintesis, dan kondisi pervaporasi yaitu laju alir pada 300, 1000, dan 1500 cm3/menit serta temperatur pada 25, 40, dan 60 derajat C (Permata, 2012)
Pada percobaan ini dihasilkan membran zeolit NaA yang dapat digunakan untuk pervaporasi. Namun kinerja dan stabilitas membran belum memuaskan. Fluks dan selektivitas pervaporasi etanol dipengaruhi oleh laju alir dan temperatur operasi.
Pervaporasi adalah salah satu proses pemisahan dengan membran yang dapat dijadikan alternatif untuk meningkatkan kemurnian alkohol dari komposisi azeotropnya dengan kebutuhan energi yang rendah. Prinsip pemisahan pada pervaporasi adalah dengan memanfaatkan perbedaan solubilitas dan difusivitas komponen. Unjuk kerja pervaporasi diukur dengan fluks permeat dan selektivitas pemisahan.Membran yang digunakan pada proses pervaporasi alkohol-air adalah membran yang bersifat hidrofilik. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa membran CA/zeolit dapat digunakan sebagai membran pada proses pervaporasi campuran etanol-air dengan unjuk kerja yang baik. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kinerja membran CA/zeolit dalam pemisahan campuran akohol-air dan mempelajari pengaruh temperatur operasi terhadap kinerja membran (Permata, 2012).
Percobaan yang dilakukan meliputi pembuatan membran, karakterisasi membran, dan proses pervaporasi. Larutan yang akan dipisahkan adalah campuran etanol-air, isopropanol-air, dan 2-butanol-air pada komposisi azeotrop. Komposisi etanol-air divariasikan pada 85%-v, azeotrop, dan 98%-v. Temperatur umpan pervaporasi berada pada rentang 40-60à °C dengan tekanan pada sisi permeat sebesar 200 mbar. Polimer yang digunakan adalah selulosa asetat (CA). Modifikasi membran dilakukan dengan penambahan zeolit alam Malang sebesar 20%-b CA. Hasil percobaan menunjukkan bahwa penambahan zeolit alam Malang ke dalam membran CA dapat meningkatkan fluks sebesar 1,35-1,4 kali dan selektivitas sebesar 3,5-8,2 kali dibandingkan dengan membran CA homogen. Senyawa 2-butanol memiliki nilai selektivitas terbesar diikuti dengan isopropanol dan etanol (Permata, 2012).
2. Pemisahan Senyawa Azeotrop dengan Metode Lain
Metode Pemisahan Komponen Azeotrop dapat dipisahkan dengan beberapa metode, antara lain adalah:
1 . Pressure Swing Distillation
2.Extractive Distillation
3. Penambahan zat ketiga
1. Pressure Swing Distillation
Dalam pemisahan campuran propanol-ethyl 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 bertahapmenggunakan 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 merupakancampuranpropanol-ethyl acetate yang komposisinya mendekati komposisi azeotropnya.
Berikut ini gambar kurva kesetimbangan uap cair campuran propanol-ethyl acetate pada tekanan tinggi dan rendah. 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 0C 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 diperolehberupa ethyl acetate murni.
Untuk memperoleh propanol murni, distilat kemudian didistilasi lagi pada kolom kedua (P=1,25atm). Distilat ini memasuki kolom kedua pada temperatur 82,60C. 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 diperhatikan, titik azeotrop campuran bergeser dari 0,5%-mol propanol menjadi 0,38%-mol propanol. Jadi, dengan metode pressure swing distillation ini, dapat diperoleh propanol dan ethyl acetate dengan kemurnian yang tinggi. Dan untuk lebih mengoptimasi proses, distilat keluaran kolom 2 dapat direcycle dan dicampur dengan aliran umpan untuk didistilasi kembali.
2. Extractive Distillation
Distilasi ekstraktif didefinisikan sebagai distilasi dalam kehadiran miscible, mendidih tinggi,komponen yang relatif non-volatile, pelarut, bahwa tidak ada bentuk azeotrop dengan komponenlain dalam campuran. Metode yang digunakan untuk campuran memiliki nilai volatilitas relatif rendah, mendekati kesatuan. Campuran tersebut tidak dapat dipisahkan dengan penyulingansederhana, karena volatilitas dari dua komponen dalam campuran adalah hampir sama, membuat mereka menguap pada suhu yang sama hampir pada tingkat yang sama, membuat penyulingannormal tidak praktis.Metode penyulingan ekstraktif menggunakan pemisahan pelarut, yang umumnya nonvolatil, memiliki titik didih tinggi dan miscible dengan campuran, namun tidak merupakan campuranazeotrop. Berinteraksi pelarut berbeda dengan komponen campuran sehingga menyebabkan volatilitas relatif mereka untuk berubah. Hal ini memungkinkan campuran tiga bagian baru yang dipisahkan oleh distilasi normal. Komponen asli dengan volatilitas terbesar memisahkan keluarsebagai produk atas.
Produk bawah terdiri dari campuran pelarut dan komponen lainnya, yang sekali lagi dapat dipisahkan dengan mudah karena pelarut tidak membentuk sebuah azeotrop dengan itu. Produk bawah dapat dipisahkan oleh salah satu metode yang tersedia. Sangat penting untuk memilih pemisahan pelarut yang cocok untuk jenis distilasi.
Pelarut harus mengubah volatilitas relatif dengan selisih yang cukup lebar untuk hasil yang sukses. Kuantitas, biaya dan ketersediaan pelarut harus dipertimbangkan. Pelarut harus mudah dapat dipisahkan dari produk dasar, dan tidak harus bereaksi secara kimia dengan komponen atau campuran, atau menyebab korosi di dalam peralatan. Sebuah contoh klasik yang akan dikutip di sini adalah pemisahancampuran azeotrop benzena dan cyclohexane, di mana anilina adalah salah satu pelarut yang cocok
