Distilasi Azeotropik: Pemisahan Campuran Cairan

Sebagai seorang insinyur atau mahasiswa teknik, Anda selalu mencari cara untuk memisahkan dan memurnikan campuran cairan dengan cepat dan mudah.

Tapi Anda mungkin tidak tahu tentang distilasi azeotropik.

Proses ini tidak hanya memisahkan campuran, tetapi juga dapat membuat komponen murni, yang sulit dilakukan dengan metode distilasi tradisional.

Distilasi azeotropik adalah proses yang rumit namun menarik yang telah menjadi sangat penting dalam industri teknik dan kimia.

Pada artikel ini, saya akan menjelaskan cara kerja distilasi azeotropik, serta manfaat, kekurangan, dan kegunaan umumnya.

Dengan pengetahuan ini, Anda akan dapat membawa teknik pemisahan Anda ke tingkat selanjutnya.

Pengantar Distilasi Azeotropik

Definisi formal:

Sebuah proses dimana campuran cairan dipisahkan menjadi komponen murni dengan bantuan zat tambahan atau pelarut.

Penyulingan azeotropik adalah suatu cara pemisahan bagian-bagian suatu campuran dengan cara membuat azeotrop, yaitu campuran bagian-bagian yang mendidih pada suhu yang sama.

Distilasi tidak dapat digunakan untuk memisahkan campuran ini menjadi bagian-bagiannya karena semua bagian memiliki jumlah uap dan cairan yang sama.

Distilasi ekstraktif, di sisi lain, adalah cara yang mirip untuk memisahkan campuran, tetapi alih-alih entrainer, ia menggunakan pelarut untuk memisahkan campuran.

Distilasi Azeotropik

Dalam distilasi azeotropik, entrainer digunakan untuk mengubah seberapa volatil berbagai bagian campuran, yang memungkinkan untuk memisahkannya.

Dengan menggabungkan satu atau lebih komponen dengan entrainer, azeotrop baru dibuat.

Azeotrop baru ini dapat dipisahkan dari campuran aslinya dengan distilasi fraksional.

Entrainer biasanya merupakan bagian dari campuran yang memiliki titik didih rendah dan volatilitas relatif tinggi dibandingkan bagian lainnya.

Jika campuran membentuk azeotrop dengan titik didih minimum, yaitu azeotrop dengan titik didih terendah, entrainer akan bergabung dengan bagian yang lebih mudah menguap dari campuran asli untuk membentuk azeotrop.

Dalam hal ini, azeotrop dengan titik didih terendah yang terbentuk saat entrainer ditambahkan akan menguap terlebih dahulu.

Ini disebut distilat.

Jika tidak, jika azeotrop dengan titik didih maksimum terbentuk dengan entrainer, bagian campuran awal yang lebih mudah menguap akan menguap terlebih dahulu.

Hal ini memungkinkan distilasi fraksional untuk memisahkan bagian-bagian dari campuran aslinya.

Distilasi Ekstraktif

Dalam distilasi ekstraktif, setiap campuran harus menggunakan pelarut pemisah yang berbeda, dan pelarut tidak boleh cenderung membentuk azeotrop.

Pelarut mengubah kesetimbangan uap-cair campuran, yang memungkinkan untuk memisahkan bagian-bagiannya.

Distilasi ekstraktif dapat digunakan untuk memisahkan campuran yang cenderung membentuk azeotrop, yang tidak mungkin dilakukan dengan distilasi azeotropik.

Campuran Mendidih Konstan

Campuran yang mendidih dengan laju konstan, juga disebut campuran "azeotropik", memiliki efek pada distilasi fraksional dari campuran yang kurang ideal (azeotrop).

Jika Hukum Raoult dilanggar dengan cara yang positif, itu membuat kurva tekanan uap dengan nilai maksimum yang tidak murni A atau murni B.

Jika campuran ini memiliki banyak uap, titik didihnya akan rendah.

Molekul bergerak dengan mudah, dan distilasi fraksional saja tidak cukup untuk mendapatkan etanol murni karena masih mengandung air dan kotoran lainnya.

Seni Pemisahan Rumit: Menjelajahi Distilasi Azeotropik

Masih sulit untuk mendapatkan dan sulit untuk memahami? Biarkan saya mengubah sudut pandang sedikit:

Apakah Anda bosan dengan proses distilasi lama yang membosankan yang hanya memisahkan campuran tanpa menambahkan bakat ekstra? Apakah Anda ingin membuat teknik pemisahan Anda lebih sulit dan lebih membingungkan daripada yang seharusnya? Nah, saya punya jawaban untuk Anda! Distilasi azeotropik adalah proses yang mengambil pemisahan sederhana dan mengubahnya menjadi labirin zat dan pelarut tambahan.

Mengapa hanya menggunakan satu bahan untuk memisahkan campuran jika Anda dapat menggunakan dua atau tiga bahan? Siapa yang ingin menjadi sederhana ketika Anda bisa menjadi rumit? Distilasi azeotropik: Terkadang, cara terbaik untuk membersihkan komponen Anda adalah dengan membuat prosesnya serumit mungkin.

Oke, itu hanya lelucon yang disamarkan sebagai iklan TV. Sekarang mari kita kembali ke penjelasannya.

Proses Distilasi Azeotropik

Distilasi azeotropik memiliki banyak keunggulan dibandingkan cara lain untuk memisahkan sesuatu, seperti kemudahan memisahkan entrainer dan produk yang Anda inginkan, kemudahan penggunaan, energi yang digunakan sedikit, dan harga yang murah.

Jenis Entrainer

Untuk distilasi azeotropik, ada tiga jenis entrainer: homogen, heterogen, dan ekstraktif.

Entrainer homogen dapat bercampur dengan semua komponen umpan, tetapi entrainer heterogen membentuk dua fase cair yang tidak dapat bercampur.

Entrainer ekstraktif tidak membuat azeotrop dengan salah satu komponen umpan.

Sebaliknya, mereka hanya menghilangkan komponen yang lebih polar atau kurang polar berdasarkan polaritasnya.

Distilasi Azeotropik Homogen dan Heterogen

Ada dua jenis distilasi azeotropik, disebut homogen dan heterogen, yang bergantung pada bagaimana entrainer berinteraksi dengan campuran umpan.

Distilasi azeotropik homogen lebih mudah digunakan dan lebih efisien daripada distilasi azeotropik heterogen karena entrainer dapat bercampur dengan semua komponen dalam umpan.

Distilasi azeotropik heterogen, di sisi lain, menggunakan entrainer yang tidak dapat bercampur dengan bagian campuran umpan mana pun.

Hal ini dapat menyebabkan kolom gagal dengan sedikit perubahan tekanan atau decanter mati dengan kebocoran kecil.

Jadi, ini lebih dipengaruhi oleh cara pengoperasiannya daripada distilasi azeotropik homogen.

Keterbatasan Distilasi Azeotropik

Distilasi azeotropik memiliki beberapa manfaat, tetapi juga memiliki beberapa masalah.

Beberapa larutan tidak dapat dipisahkan juga dengan distilasi jika memiliki azeotrop dalam keadaan kesetimbangan uap-cairnya.

Selain itu, pemilihan agen azeotropik dapat berdampak besar pada proses dan, jika tidak ditangani dengan baik, dapat mencemari lingkungan.

Selain itu, menggunakan distilasi azeotropik masih menggunakan banyak energi, dan mungkin tidak selalu menghasilkan tingkat kemurnian yang diperlukan untuk produk target.

Aplikasi Distilasi Azeotropik

Dehidrasi Etanol

Salah satu cara paling terkenal yang digunakan distilasi azeotropik adalah untuk menghilangkan air dari campuran etanol dan air.

Campuran azeotropik masuk ke kolom terakhir, di mana distilasi azeotropik terjadi.

Di masa lalu, banyak entrainer berbeda digunakan untuk ini, tetapi benzena paling banyak digunakan sampai ditemukan menyebabkan kanker.

Sebagian besar waktu, sikloheksana digunakan untuk memecah azeotrop etanol-air dalam sains modern.

Proses ini sangat penting dalam industri bahan bakar etanol, di mana air perlu dikeluarkan dari etanol untuk menjaga agar mesin tidak mogok dan untuk meningkatkan jumlah etanol dalam campuran bahan bakar.

Distilasi Azeotropik Heterogen

Menambahkan entrainer yang membuat fase terpisah adalah bagian dari subset metode distilasi azeotropik industri.

Mirip dengan distilasi ekstraktif, proses penambahan entrainer yang membuat fase baru ini disebut entrainment.

Cara umum untuk menggunakan metode ini adalah mencampurkan benzena dengan air dan etanol untuk membuat azeotrop heterogen baru dengan titik didih lebih rendah yang dapat dipisahkan dengan cara biasa.

Metode ini sangat berguna untuk menghilangkan kotoran dalam pelarut organik, membersihkan minyak esensial, dan mendapatkan kembali hidrokarbon.

Penggunaan lainnya

Distilasi azeotropik memiliki beberapa kegunaan dalam industri selain dehidrasi etanol dan distilasi azeotropik heterogen, seperti:

• Isomer yang memiliki sifat fisik dan kimia yang hampir sama dapat dipisahkan dengan menggunakan distilasi azeotropik.
• Distilasi azeotropik digunakan dalam industri farmasi, kimia, dan polimer untuk mendapatkan kembali pelarut dari aliran limbah.
• Gas asam dikeluarkan dari aliran gas alam menggunakan proses yang disebut distilasi azeotropik.
• Pemisahan minyak atsiri: Distilasi azeotropik digunakan untuk memisahkan dan membersihkan minyak atsiri dari bahan tanaman.
• Penghapusan air dari pelarut: Distilasi azeotropik digunakan dalam industri kimia dan farmasi untuk menghilangkan air dari pelarut.

Tantangan dalam Distilasi Azeotropik

Distilasi azeotropik adalah cara yang baik untuk memisahkan campuran azeotropik, tetapi terdapat beberapa tantangan yang harus dihadapi untuk mendapatkan hasil terbaik.

Seleksi Entrainer:

Dalam sintesis dan desain konseptual proses AD, pemilihan entrainer sangat penting karena menentukan urutan pemisahan.

Entrainer harus membentuk azeotrop yang kuat dengan salah satu komponen campuran dan mudah dipisahkan dari produk yang diinginkan.

Pemilihan entrainer mempengaruhi kualitas dan kemurnian produk, dan jika tidak digunakan dengan benar, juga dapat mencemari lingkungan.

Kelebihan Efek Entrainer:

Menambahkan jumlah entrainer yang berlebihan dapat menyebabkan peningkatan konsumsi energi, karena entrainer tambahan harus dipisahkan dari produk yang diinginkan.

Hal ini dapat meningkatkan biaya pembuatan produk dan juga dapat menurunkan kualitasnya.

Dalam beberapa kasus, kelebihan entrainer dapat menyebabkan pembentukan azeotrop ketiga, yang dapat mempersulit proses pemisahan.

Peserta Tidak Cukup:

Jika Anda menggunakan terlalu sedikit entrainer, produk mungkin tidak sepenuhnya terpisah atau mungkin tidak murni.

Jadi, dalam distilasi azeotropik, jumlah entrainer harus dioptimalkan sehingga tingkat pemisahan dan kemurnian yang diinginkan dapat dicapai dengan energi dan biaya yang paling sedikit.

Bagaimana Azeotrop Dibuat:

Ketika entrainer mengubah volatilitas relatif dari campuran azeotropik, itu membentuk azeotrop dengan titik didih maksimum atau titik didih minimum.

Menambahkan entrainer selanjutnya dapat meningkatkan kemurnian komponen azeotropik.

Tetapi jika Anda memilih terlalu banyak atau terlalu sedikit entrainer, itu dapat mengubah seberapa baik proses pemisahan bekerja.

Setelah Titik Azeotropik:

Distilasi campuran azeotropik di luar titik azeotropiknya dimungkinkan, tetapi proses ini menggunakan teknik pemisahan intensif biaya alternatif seperti distilasi ayunan tekanan.

Alih-alih mencoba menyaring melewati titik azeotropik, penting untuk menemukan jumlah entrainer yang tepat untuk mendapatkan pemisahan yang baik.

Distilasi Azeotropik dalam Praktek

Entrainer dalam Distilasi Azeotropik

Karena dapat membentuk azeotrop bertitik didih rendah dengan air, benzena sering digunakan sebagai entrainer dalam distilasi azeotrop.

Toluena lebih baik daripada benzena, karena benzena dapat menyebabkan kanker.

Entrainer bekerja dengan baik jika dapat menggabungkan dengan salah satu komponen dalam campuran umpan untuk membuat azeotrop baru.

Ini mengubah volatilitas relatif komponen dan memungkinkan untuk memisahkannya.

Entrainer harus mudah dipisahkan dari produk yang Anda inginkan, dan Anda bisa mendapatkannya kembali dengan menyuling, menuang, atau metode lainnya.

Dalam distilasi azeotropik, efek entrainer yang terlalu banyak bergantung pada sistem yang digunakan.

Ketika terlalu banyak entrainer ditambahkan, jumlah energi yang digunakan meningkat karena entrainer ekstra harus dipisahkan dari produk yang diinginkan.

Hal ini dapat meningkatkan biaya pembuatan produk dan juga dapat menurunkan kualitasnya.

Kadang-kadang, terlalu banyak entrainer dapat menyebabkan azeotrop ketiga terbentuk, yang dapat mempersulit proses pemisahan.

Di sisi lain, jika Anda menggunakan terlalu sedikit entrainer, produk mungkin tidak sepenuhnya terpisah atau mungkin tidak murni.

Jadi, jumlah entrainer yang tepat harus digunakan untuk mendapatkan tingkat pemisahan dan kemurnian yang dibutuhkan dengan sedikit energi dan biaya.

Pelarut eutektik dalam (DES) menjadi lebih populer sebagai entrainer dalam distilasi azeotropik karena lebih baik bagi lingkungan daripada pelarut tradisional.

Campuran azeotropik seperti benzena-sikloheksana dan asetonitril-air mudah dipisahkan dengan DES.

DES juga dapat digunakan dalam teknik yang disebut "distilasi ekstraktif", yang mirip dengan distilasi dan melibatkan penambahan pelarut untuk mengeluarkan salah satu bagian campuran umpan.

Distilasi Azeotropik Dibandingkan dengan Distilasi Uap

Dengan distilasi uap, bahan peka panas seperti senyawa aromatik alami dipisahkan dari bahan organik.

Distilasi azeotropik, di sisi lain, digunakan untuk memisahkan bagian-bagian dari campuran azeotropik.

Campuran yang bersifat azeotropik sulit dipisahkan dengan distilasi tradisional karena titik didihnya tetap sama dan uapnya sama dengan campuran cairannya.

Karena distilasi uap digunakan untuk memisahkan bahan yang peka terhadap panas, sulit untuk mengatakan berapa suhu azeotropik air dan toluena.

Toluena dan air, sebaliknya, membentuk azeotrop pada 84,1°C yang terdiri dari 22,85% air dan 77,15% berat toluena.

Karena bertindak seperti senyawa tunggal, campuran toluena dan air dengan komposisi ini tidak dapat dipisahkan lebih lanjut dengan distilasi sederhana.

Anda dapat memisahkan campuran ini dengan menggunakan distilasi azeotropik dengan entrainer atau distilasi ekstraktif dengan pelarut.

Video: Perpindahan dan Pemisahan Azeotrop

Tip: Nyalakan tombol keterangan jika Anda membutuhkannya. Pilih "terjemahan otomatis" di tombol pengaturan, jika Anda tidak terbiasa dengan bahasa Inggris. Anda mungkin perlu mengeklik bahasa video terlebih dahulu sebelum bahasa favorit Anda tersedia untuk diterjemahkan.

Kasus penggunaan

Digunakan dalam:	Keterangan:
Membersihkan air	Distilasi azeotropik sering digunakan untuk membersihkan air, terutama di industri semikonduktor dan elektronik yang membutuhkan air ultra murni. Dengan bantuan entrainer, distilasi azeotropik dapat menghasilkan air dengan sedikit pengotor yang dapat digunakan dalam situasi sensitif.
Pemulihan pelarut	Distilasi azeotropik digunakan untuk memisahkan pelarut dari campuran reaksi. Ini memungkinkan pelarut yang mahal atau sulit ditemukan dipulihkan dan digunakan kembali. Misalnya, distilasi azeotropik dapat digunakan untuk memisahkan etanol dari air, yang kemudian dapat digunakan untuk membuat biofuel atau keperluan industri lainnya.
Ekstraksi minyak atsiri	Cara populer untuk mendapatkan minyak atsiri dari tanaman adalah dengan menggunakan distilasi azeotropik. Dengan menggunakan entrainer, distilasi azeotropik dapat menghasilkan lebih banyak minyak atsiri dari tumbuhan dibandingkan dengan distilasi uap tradisional. Ini berarti bahwa minyak akan berkualitas lebih tinggi dan menghasilkan lebih banyak.
Pemurnian polimer	Distilasi azeotropik dapat digunakan untuk menghilangkan kotoran dari polimer yang dapat mengubah sifatnya atau seberapa baik kerjanya. Misalnya, distilasi azeotropik dapat digunakan untuk membersihkan polistiren dengan menghilangkan sisa monomer dan pengotor lain yang dapat mengubah cara kerja polimer.
Produksi farmasi	Distilasi azeotropik sering digunakan untuk memisahkan dan membersihkan campuran reaksi selama produksi obat-obatan. Misalnya, distilasi azeotropik dapat digunakan untuk memisahkan dan membersihkan campuran reaksi dalam pembuatan antibiotik, sehingga menghasilkan produk dengan kemurnian tinggi.

Kesimpulan

Kesimpulannya, distilasi azeotropik adalah cara yang berguna untuk memisahkan campuran yang rumit menjadi bagian murninya.

Ini adalah alat yang ampuh untuk para insinyur dan ilmuwan karena kemampuannya yang unik untuk membuat komponen murni dengan cepat.

Namun, seperti metode pemisahan lainnya, metode ini memiliki keterbatasan dan memerlukan pemikiran yang cermat tentang komposisi campuran, pemilihan entrainer, dan kondisi proses agar dapat bekerja dengan baik.

Saat Anda terus melihat kemungkinan distilasi azeotropik, perlu diingat bahwa proses ini bukan hanya tantangan teknis, tetapi juga peluang untuk pemecahan masalah secara kreatif dan ide-ide baru.

Jika Anda berpikir tentang distilasi azeotropik dengan cara yang benar, ini dapat mengarah pada penemuan dan ide teknik baru.

Jadi, tetaplah berpikiran terbuka dan cobalah hal-hal baru. Ada banyak pilihan.