Destilasi bertingkat merupakan salah satu metode pemisahan campuran cair yang paling umum digunakan di laboratorium maupun industri. Pemahaman tentang teknik ini sangat penting, terutama bagi siswa kimia, mahasiswa teknik kimia, maupun praktisi industri. Dalam artikel ini, kita akan membahas secara lengkap tentang destilasi bertingkat, rumus-rumus penting yang harus diketahui, hingga contoh soal beserta pembahasannya.

Apa Itu Destilasi Bertingkat?

Destilasi bertingkat adalah metode pemisahan campuran zat cair berdasarkan perbedaan titik didihnya melalui beberapa tahapan atau “tingkat”. Proses ini sering digunakan untuk memisahkan campuran dengan komposisi kompleks, misalnya minyak bumi, alkohol, atau produk kimia industri lainnya. slot 777

baca juga:Contoh Soal Tekanan Hidrolik: Rumus, Jawaban, dan Pembahasan Lengkap

Dalam destilasi bertingkat, uap dari campuran awal dinaikkan secara bertahap ke kolom distilasi yang memiliki beberapa “tray” atau pelat. Pada setiap tray, terjadi kesetimbangan antara fase cair dan uap, sehingga komponen dengan titik didih lebih rendah cenderung naik ke tray atas, sementara komponen dengan titik didih lebih tinggi tetap di bawah. daftar slot777

Kelebihan Destilasi Bertingkat

• Memungkinkan pemisahan campuran yang memiliki titik didih hampir sama.
• Efisiensi pemisahan lebih tinggi dibanding destilasi sederhana.
• Digunakan secara luas dalam industri minyak, farmasi, dan kimia.

Kekurangan Destilasi Bertingkat

• Peralatan relatif kompleks dan membutuhkan biaya lebih tinggi.
• Prosesnya lebih lama dibanding destilasi sederhana.
• Membutuhkan perhitungan dan kontrol yang lebih teliti.

Rumus Penting dalam Destilasi Bertingkat

Agar bisa memahami dan mengerjakan soal destilasi bertingkat, ada beberapa rumus penting yang wajib diketahui. Berikut ini rumus-rumus utama beserta penjelasannya:

1. Rumus Fraksi Mol Uap dan Cair

Fraksi mol uap ($y$y) dan fraksi mol cair ($x$x) pada tiap tray bisa dihitung menggunakan persamaan Rault atau persamaan kesetimbangan fase:$$y_i = K_i \cdot x_i$$yi​=Ki​⋅xi​

Keterangan:

• $y_i$yi​ = fraksi mol komponen i dalam fase uap
• $x_i$xi​ = fraksi mol komponen i dalam fase cair
• $K_i$Ki​ = koefisien distribusi (ratio volatilitas komponen i)

Koefisien $K_i$Ki​ ini biasanya dihitung dari data titik didih atau tabel volatilitas.

2. Rumus Tingkat Destilasi (Number of Theoretical Stages)

Jumlah tray atau tingkat teoritis ($N$N) yang dibutuhkan untuk mencapai pemisahan tertentu dapat dihitung menggunakan Metode McCabe-Thiele:$$N = \frac{\log \frac{z – x_B}{x_D – z}}{\log \alpha}$$N=logαlogxD​−zz−xB​​​

Keterangan:

• $x_D$xD​ = fraksi mol komponen ringan di produk distilat
• $x_B$xB​ = fraksi mol komponen ringan di produk residu
• $z$z = fraksi mol komponen ringan dalam umpan
• $\alpha$α = volatilitas relatif antara komponen

3. Rumus Rasio Reflux

Rasio reflux ($R$R) adalah perbandingan antara jumlah cairan yang dikembalikan ke kolom dan jumlah distilat yang diambil:$$R = \frac{L}{D}$$R=DL​

Keterangan:

• $L$L = aliran cairan yang dikembalikan
• $D$D = aliran distilat yang diambil

Rasio reflux mempengaruhi efisiensi pemisahan: semakin tinggi rasio, semakin baik pemisahan, namun konsumsi energi juga meningkat.

4. Rumus Volatilitas Relatif

Volatilitas relatif ($\alpha$α) menunjukkan kemampuan suatu komponen untuk menguap dibanding komponen lain:$$\alpha = \frac{y_A / x_A}{y_B / x_B}$$α=yB​/xB​yA​/xA​​

Jika $\alpha > 1$α>1, komponen A lebih mudah menguap dibanding B.

Contoh Soal Destilasi Bertingkat

Agar lebih memahami konsep dan rumus di atas, mari kita bahas beberapa contoh soal beserta pembahasannya.

Contoh Soal 1: Pemisahan Etanol dan Air

Sebuah kolom destilasi digunakan untuk memisahkan campuran etanol dan air. Komposisi etanol dalam campuran awal adalah 40% mol. Diketahui fraksi mol etanol di distilat ($x_D$xD​) adalah 90% dan di residu ($x_B$xB​) adalah 10%. Jika volatilitas relatif $\alpha = 2$α=2, tentukan jumlah tray teoritis yang dibutuhkan.

Pembahasan:

Gunakan rumus McCabe-Thiele:$$N = \frac{\log \frac{z – x_B}{x_D – z}}{\log \alpha}$$N=logαlogxD​−zz−xB​​​ $$z = 0.4, \quad x_D = 0.9, \quad x_B = 0.1, \quad \alpha = 2$$z=0.4,xD​=0.9,xB​=0.1,α=2

Hitung:$$\frac{z – x_B}{x_D – z} = \frac{0.4 – 0.1}{0.9 – 0.4} = \frac{0.3}{0.5} = 0.6$$xD​−zz−xB​​=0.9−0.40.4−0.1​=0.50.3​=0.6 $$\log \alpha = \log 2 \approx 0.301$$logα=log2≈0.301 $$N = \frac{\log 0.6}{0.301} = \frac{-0.222}{0.301} \approx -0.737$$N=0.301log0.6​=0.301−0.222​≈−0.737

Karena jumlah tray tidak mungkin negatif, ini berarti asumsi titik operasinya harus diperiksa kembali, atau harus menyesuaikan rasio reflux. Biasanya, dalam soal latihan, tray teoritis bisa dibulatkan ke atas menjadi 1 tray teoritis untuk mempermudah pemahaman konsep.

Contoh Soal 2: Hitung Rasio Reflux

Sebuah kolom distilasi memiliki distilat sebesar 50 L/jam. Jika aliran cairan yang dikembalikan ke kolom adalah 100 L/jam, hitung rasio reflux.

Pembahasan:

Gunakan rumus:$$R = \frac{L}{D} = \frac{100}{50} = 2$$R=DL​=50100​=2

Jadi, rasio reflux kolom tersebut adalah 2.

Contoh Soal 3: Fraksi Mol Uap

Pada suatu tray, diketahui fraksi mol cair etanol adalah 0,4 dan koefisien distribusi $K = 1,5$K=1,5. Tentukan fraksi mol uap etanol.

Pembahasan:

Gunakan rumus:$$y = K \cdot x = 1.5 \cdot 0.4 = 0.6$$y=K⋅x=1.5⋅0.4=0.6

Jadi, fraksi mol uap etanol adalah 0,6.

Tips Cepat Menyelesaikan Soal Destilasi Bertingkat

1. Kenali jenis campuran dan data yang diberikan: Apakah campuran biner, titik didih, atau fraksi mol? Ini akan menentukan rumus yang digunakan.
2. Gunakan diagram McCabe-Thiele untuk soal visual: Ini mempermudah perhitungan jumlah tray.
3. Periksa rasio reflux: Rasio terlalu rendah membuat jumlah tray meningkat.
4. Catat setiap fraksi mol: Jangan lupa membedakan antara fase uap dan cair.
5. Perhatikan volatilitas relatif: Semakin besar $\alpha$α, semakin mudah pemisahan.

baca juga:CoE Metaverse Universitas Teknokrat Indonesia, Kampus Terbaik di Lampung, Gelar PKM “AI for Metaverse Creation” di SMK Budi Karya Natar

Kesimpulan

Destilasi bertingkat adalah teknik penting dalam pemisahan campuran cair. Pemahaman tentang fraksi mol, volatilitas, rasio reflux, dan jumlah tray teoritis sangat krusial untuk mengerjakan soal maupun menerapkan di industri. Dengan menguasai rumus-rumus penting dan berlatih soal-soal seperti yang dibahas, proses belajar destilasi bertingkat akan lebih mudah dan menyenangkan.

Menggunakan contoh soal sederhana seperti pemisahan etanol-air bisa menjadi awal yang baik sebelum menghadapi campuran lebih kompleks. Selain itu, memahami prinsip McCabe-Thiele dan konsep rasio reflux membantu kita melakukan desain kolom destilasi dengan lebih efisien.

penulis:putra