Variasi Tekanan Dan Suhu Pada Proses Purifikasi Etanol

Jurnal Keteknikan Pertanian Tropis dan Biosistem

Vol. 4 No. 3, September 2016, 262-274

262

Variasi Tekanan dan Suhu – Yusuf hendrawan dkk

Variasi Tekanan Dan Suhu Pada Proses Purifikasi Etanol

Menggunakan Membran Komposit Poly Ether Sulfone Pada

Proses Pervaporasi Membran

Yusuf Hendrawan*, Anang Lastriyanto, Bambang Dwi Argo, Oktaria Eka Y.

Jurusan Keteknikan Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian - Universitas Brawijaya

Jl. Veteran, Malang 65145

*Penulis Korespondensi, Email: [email protected]

ABSTRAK

Proses pervaporasi (PV) dalam rangka pemurnian etanol merupakan teknologi yang

menjanjikan dan sedang berkembang pesat. Hal ini didukung dengan berbagai kelebihan yang

dimiliki oleh pervaporasi yakni: tidak membutuhkan bahan kimia tambahan, proses lebih

sederhana, serta tidak menimbulkan pencemaran lingkungan. Tujuan dari penelitiaan ini adalah

untuk menentukan kondisi operasi optimal dalam proses pemurnian etanol menggunakan

membran komposit poly-ether-sulfone dengan coating 3% alginat-3% kitosan. Penelitian ini

menggunakan metode Rancangan Acak Kelompok (RAK) 2 faktorial 3 kali perulangan, faktor

pertama variasi yaitu temperatur pre-heating bagian feed terdiri dari 63.64, 67.83, dan 72.01oC.

Faktor kedua yaitu tekanan downstream yang terdiri dari 41.325, 46.325, 51.325 absolut kPa.

Hasil konsentrasi pada feed dan fluks permeat akan dianalisa menggunakan ANOVA. Proses

yang berjalan selama 40 menit dengan sistem batch dan konsentrasi umpan etanol sebesar

68.05%(w/t). Hasil percobaan menunjukkan konsentrasi etanol tertinggi didapatkan pada

kondisi operasi pre heating feed 72.01oC dan tekanan downstream sebesar 51.325 Absolut kPa

dengan konsentrasi etanol sebesar 82.84%(w/t). kondisi terbaik akan dikontrol menggunakan

membran komposit non coating dan dihasilkan kenaikan konsentrasi etanol pada bagian permeat

sebesar 76.34%(w/t). Namun performansi membran komposit poly ether sulfone dengan coating

3% alginate-3% kitosan ini belum mampu dalam memisahkan campuran azeotrop etanol-air.

Kata kunci: Etanol, Fluks, Membran Poly Ether Sulfone, Pervaporasi

Various Of Pressure and Temperature In Ethanol

Purification Using Composite Membrane Poly Ether

Sulfone In Membrane Pervaporation System

ABSTRACT

Pervaporation (PV) is one of the ethanol purification technology, it was promising technology

developing by the advantages: no need any chemical additive in the process, simple process,

and did not caused environtmental damage. This research aimed to determine the optimal

operating conditions in the process of purification ethanol using composite membrane poly

ether sulfone modified by 3% alginate-3% chitosan solution coating. This experimental method

used Randomized Block Design (RBD) with two factorials done by 3 times lopping. The first

variation factor was pre-heating temperature which consist of 63.64, 67.83 and 72.01oC, the

second factor was downstream pressure which consist of 41.325, 46.325 and 51.325 abs kPa.

The result of feed concentration and permeate flux will be analized by using ANOVA. The

operating process of this experimental was batch system during 40 min. Ethanol feed

concentration which used was 68.05%(w/t), the experimental shows the highest ethanol

concentration increased up to 82.84%(w/t) at the best operating condition of pre-heating

temperatur at 72.01oC and downstream pressure at 51.325 absolute kPa. To knowing the effect


Vol. 4 No. 3, September 2016, 262-274

263


of modification membrane by coating, ethanol purification done on the best operating condition

and the same feed concentration using membrane composite non coating and the concentrastion

increased up to 76.34% (w/t), but the performance of the composite membrane poly ether

sulfone with coating 3% alginate-3% chitosan doesn’t capable in separating ethanol water

mixture azeotrope.

Key words: Composite Membrane Poly Ether Sulfone, Ethanol, Flux, Pervaporati

PENDAHULUAN

Energi merupakan salah satu issue utama dan menjadi topik yang sangat penting

dalam keberlangsungan kehidupan di suatu negara. Kenyataan bahwa cadangan sumber

energi fosil dunia sudah semakin menipis akan berakibat pada krisis energi dan

berimbas pada terganggunya pertumbuhan perekonomian dunia, disamping itu

pengggunaan energi fosil juga telah disadari menyumbang emisi gas kaca yang

mengakibatkan keasaman perairan meningkat yang berujung pada kerusakan

lingkungan (Teresa et al., 2010). Oleh sebab itu dibutuhkan energi alternatif baru yang

mampu mencukupi atau paling tidak dapat menghemat penggunaan energi dari bahan

bakar fosil (Nurfiana et al., 2009).

Etanol merupakan sumber energi alternatif yang sangat potensial digunakan

sebagai pengganti bahan bakar fosil . Sebelum dapat digunakan sebagai bahan bakar,

proses pemisahan dan pemurnian etanol (dehidrasi) merupakan salah satu langkah

penting yang harus dilalui, karena etanol hasil fermentasi hanya memiliki kemurnian

kurang dari 10% (Uragami, 2005), sementara untuk dapat dimanfaatkan menjadi

pencampur bahan bakar fosil, etanol ini harus memiliki kadar kemurnian tertentu, yakni

sebesar 95-96% sedangkan apabila etanol digunakan sebagai bahan bakar harus

memiliki kemurnian sebesar 99,5% (Unlu, 2013). Teknologi yang telah banyak

digunakan pada tahap ini adalah distilasi konvensional, namun etanol yang dihasilkan

kemurniannya maksimal hanya mencapai 95% karena terbentuknya campuran azeotrop

antara etanol dan air (Uragami, 2005). Beberapa metode telah diusulkan untuk

pemisahan campuran azeotrop etanol-air guna mendapatkan etanol dengan kemurnian

mendekati 100%. Distilasi ekstraksi dan distilasi absorben merupakan metode yang

banyak dikenal, kedua teknik tersebut telah terbukti mampu memisahkan campuran

azeotrop, tetapi prosesnya kurang kompetitif karena sangat komplek dan memerlukan

penambahan zat kimia (Kozaric et al., 1987). Salah satu proses pemisahan yang mulai

banyak diminati oleh pihak industri sebagai alternatif dari distilasi adalah pemisahan

menggunakan teknologi membran yang lebih dikenal dengan istilah pervaporasi.

Pervaporasi (PV) merupakan proses pemisahan menggunakan membran dengan

gaya dorong perbedaan tekanan menawarkan pemecahan masalah pemurnian etanol.

Kemampuan PV dalam memisahkan campuran azeotrop dengan proses yang sederhana

dan tanpa memerlukan penambahan zat kimia (Huang et al., 2007) menjadikan

teknologi ini aplikatif untuk dehidrasi etanol. Untuk banyak kasus, teknologi ini

memberikan keuntungan ekonomis yang lebih baik, terutama karena biaya instalasi dan

operasi yang rendah serta tidak menimbulkan pencemaran lingkungan (Spillman,

1989). Pervaporasi dapat diaplikasikan dalam proses dehidrasi pelarut dan pemisahan

campuran organik dan proses ini merupakan kombinasi dari proses permeasi membran

dan evaporasi, sehingga penelitian tentang pervaporasi untuk pemurnian etanol menjadi

energi terbarukan sangat menarik untuk dilakukan dan dikaji.


Vol. 4 No. 3, September 2016, 262-274

264


METODE PENELITIAN

Alat dan Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi : bahan utama penelitian

berupa etanol pro analysis dari PT. SMART LAB INDONESIA yang didapatkan dari

CV. Makmur Sejati-Malang, Membran komposit poly ether sulfone coating alginat-

kitosan dengan konsentrasi masing-masing sebesar 3% dibuat di Laboratorium Teknik

Pengolahan Pangan dan Hasil Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas

Brawijaya, Granule PES sebagai bahan membran komposit yang dibeli dari

www.goodfellow.com England. Bubuk Alginat dan Kitosan sebagai bahan baku utama

coating yang di peroleh dari CV. Panadia Laboratory, N-Metil-Pyrolydone sebagai

pelarut utama membran komposit diperoleh dari CV. Panadia Laboratory, Aquadest

sebagai pelarut etanol diperoleh dari CV. Panadia Laboratory dan air sebagai bahan

pendingin. Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi : seperangkat alat

Pervaporasi sederhana yang dibuat di Bengkel CV. Inovasi Anak Bangsa Universitas

Brawijaya, dimana alat tersebut terdiri dari dua buah Erlenmeyer merk pyrex dengan

volume 500mL sebagai feed tank dan permeate tank yang diperoleh dari CV. Panadia

Laboratory, Water Bath yang digunakan sebagai pemanas diperoleh dari CV. Panadia

Laboratory, Pompa Vakum Merk Rocker 300 yang diperoleh dari CV. Panadia

Laboratory, Kondensor, Statif, pompa sirkulator, Selang Penghubung, membrane

spacer serta module membrane.

Metode Penelitian

Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode

eksperimental Rancang Acak Kelompok (RAK) dengan 2 faktorial yang dilakukan 3

kali ulangan dan dianalisa menggunakan ANOVA serta pengaruh beda nyata dari

faktor-faktor tersebut akan diuji menggunakan BNT. Faktor pertama yakni tekanan

downstream yang terdiri dari 3 varasi yakni 41,325; 46,325 dan 51,325 abs kPa pada

sisi permeat, sedangkan faktor kedua yakni suhu pre heating pada bagian umpan yang

juga terdiri dari 3 variasi yakni 63,64; 67,83 dan 72,01oC. pemilihan variasi tekanan

downstream dan suhu pre heating merupakan hasil dari berbagai studi literatur serta

penelitian pendahuluan dan telah disesuaikan dengan penggunaan membran dalam

penelitian. Berikut merupakan tabel perlakuan yang digunakan dalam penelitan ini.

Tabel 1. Variasi Perlakuan Penelitian

P

(Tekanan Downstream)

T Suhu pre-heating (oC)

T1

63.64

T2

67.83

T3

72.01

P1 41.325 kPa P1T1 P1T2 P1T3

P2 46.325 kPa P2T1 P2T2 P2T3

P3 51.325 kPa P3T1 P3T2 P3T3

Persiapan Sampel

Pada penelitian ini sampel yang digunakan adalah etanol (Pro-Analysis) P.A dari

P.T SMART LAB INDONESIA dengan kemurnian sebesar 99.7% yang diperoleh dari

CV. Makmur Sejati. Selanjutnya dilakukan proses pengenceran pada sampel

menggunakan rumus M1V1=M2V2 sehingga diperoleh rerata kadar sampel sebesar

68,05% (w/t) sebanyak 200mL.

http://www.goodfellow.com/


Vol. 4 No. 3, September 2016, 262-274

265


Perangkaian Alat Pervaporasi

Setelah sampel siap, alat pervaporasi yang akan digunakan dilakukan perangkaian

dengan selang dan alat penghubung lainnya, Gambar rangkaian alat Pervaporai yang

digunakan dalam percobaan dapat dilihat pada Gambar 1. dibawah ini. Selanjutnya

menyiapkan air sebanyak 4 Liter sebagai media perantara panas pada water bath untuk

memanaskan sampel pada feed tank, air dimasukkan dan suhu pada water bath

disetting sesuai dengan suhu yang diinginkan. Berikutnya, membran yang akan

digunakan sebagai media pemurnian etanol ditimbang terlebih dahulu massa awalnya

menggunakan neraca analitik kemudian dirangkai pada modul membran dengan

membrane spacer dan direkatkan menggunakan jepitan dengan samping modul

membran ditutup menggunakan lakban serta plastisin untuk mengantisipasi terjadi

kebocoran saat proses berlangsung.

Setelah semua komponen alat dirangkai dan suhu waterbath disetting sesuai

dengan suhu yang diinginkan, dilakukan tes kebocoran dengan menyalakan pompa

vakum. Indikator bahwa pada rangkaian tidak terjadi kebocoran adalah manometer

pada pompa vakum telah melebihi pada angka 65kPa (pressure gauge). Berikutnya

sampel sebanyak 200mL dituangkan kedalam feed tank dan ditutup rapat kemudian

dimasukkan kedalam water bath. Feed tank yang telah ditutup rapat diberikan plastisin

pada sela-sela atas untuk menghindari kebocoran dan kehilangan massa pada saat

proses pre-heating.

Sampel yang telah dimasukkan kedalam feed tank kemudian ditunggu hingga

keadaan batas uap yang ditandain dengan terbentuk uap pada dinding feed tank

selanjutnya dinyalakan pompa vakum dan diatur sesuai dengan tekanan yang

diharapkan. Setelah manometer pada pompa vakum mencapai tekanan yang

diharapkan, dinyalakan stopwatch selama 40 menit. Proses yang berjalan secara batch

(continue) selama 40 menit.

Gambar 1. Rangkaian Alat

Spesifikasi Membran dan Modul Membran

Membran yang digunakan dalam penelitian ini merupakan membran Komposit

Poly ether sulfone (PES) yang dicoating menggunakan Alginat 3%-Kitosan 3%

berbentuk flat sheet, dimana pemilihan membran ini sesuai dengan hasil terbaik dari

penelitian sebelumnya oleh Rahmi (2017). PES yang digunakan dibeli secara online

melalui goodfellow.com, Inggris Raya dengan spesifikasi ukuran 3mm dengan

penampakan berbentuk granule bening keruh yang di larutkan kedalam NMP (N-Metil-

Pyrolydone). Membran ini digunakan sebagai bagian penyokong, selanjutnya membran

penyokong dilakukan proses coating menggunakan larutan alginat-kitosan dengan

konsentrasi pelarut masing-masing sebesar 3% sehingga didapatkan hasil akhir

membran komposit Poly ether sufone alginate-kitosan dengan spesifikasi rerata

ketebalan sebesar 1.62-2.34mm dan rerata ukuran pori hasil SEM sebesar 4.33-6.73µm.


Vol. 4 No. 3, September 2016, 262-274

266


Spesifikasi modul membran yang digunakan terbuat dari akrilik bening berukuran

170x90x40mm dengan ketebalan dinding bahan 10mm sehinga memiliki luasan aktif

module membrane sebesar 150x70mm. Modul membrane dilengkapi dengan 1 input

untuk mengalirkan feed menuju membran dan 2 output untuk mengalirkan permeat

menuju downstream serta untuk retentate.

Pengukuran Kadar Etanol

Pengukuran kadar etanol dilakukan dengan menggunakan metode massa jenis,

dimana etanol pada bagian permeat, retentate serta feed setelah proses berlangsung

akan dihitung kadarnya, rumus yang digunakan dalam perhitungan massan jenis seperti

yang ada di bawah ini:

Keterangan:

: berat jenis larutan (g/ml)

m : massa (g)

v : volume piknometer (ml)

Etanol tersebut akan diukur suhunya menggunakan termometer selama 15 detik.

Massa serta suhu hasil pengukuran etanol akan di cocokkan serta diinterpolasi pada

tabel massa jenis etanol “Perry’s Chemical Engineering Book” sehingga akan

didapatkan kadar etanol dengan kemurnian yang akurat.

Pengukuran fluks Massa Permeat

Pengukuran Fluks Massa permeat menggunakan rumus dibawah ini, dimana pada

penelitian ini dilakukan selama 40menit dalam sistem batch.

Dimana:

J = Fluks (kg/m2.jam)

m = Massa permeat (kg)

A = Luas penampang membran (m2)

t = Waktu permease (jam)

Pengukuran derajat Swelling Membran

Derajat swelling merupakan suatu kemampuan membran dalam menyerap suatu

bahan atau kemampuan menggelembung, dalam penelitian ini derajat swelling

membran diukur dengan cara menimbang massa membran sebelum digunakan dalam

proses purifikasi, massa membrane setelah digunakan dalam proses dengan rumus

penentuan derajat swelling ada di bawah ini:

Keterangan:

: massa awal (gram)

m2 : massa akhir (gram)

Pengukuran Selektivitas Membran

Selektivitas membran merupakan suatu kemampuan membran dalam melewatkan

zat tertentu. Selektivitas ini dapat diukur dengan menggunakan rumus dibawah ini:


Vol. 4 No. 3, September 2016, 262-274

267


Keterangan:

: Fraksi komponen uap air

yb : Fraksi komponen uap etanol

xa: Fraksi komponen cairan air

xb: Fraksi komponen cairan etanol

HASIL DAN PEMBAHASAN

Konsentrasi etanol bagian Permeat

Berdasarkan yang ditunjukkan pada Gambar 2. hasil tersebut maka kemurnian

tertinggi sebesar 82.84%(w/t) diperoleh dari variasi kondisi operasi pemanasan dengan

suhu pre heating sebesar 72.01oC dengan tekanan pada bagian downstream disetting

sebesar 51.325 Absolut kPa. Seluruh data tersebut berasal dari 3 ulangan yang telah

dilakukan perhitungan rerata.

Gambar 2. Konsentrasi Etanol pada Permeat

Hasil penelitian dapat dilihat pada grafik, dimana nilai konsentrasi etanol pada

bagian permeat menunjukkan hasil yang fluktuatif, hal ini mungkin disebabkan akibat

perbedaan ketebalan membran serta kondisi dan suhu lingkungan pada saat pengukuran

kadar etanol. Sedangkan pada saat pre-heating dengan suhu 72.01oC dengan

menurunkan tekanan menjadi 46.325 dan 41.325 Absolut kPa kemurnian etanol pada

sisi permeat mengalami penurunan hal ini dapat disebabkan karena free volume pada

membran mengalami perbesaran seiring dengan berkurangnya tekanan pada bagian

downstream sehingga menyebabkan banyak molekul air yang lolos dan mengakibatkan

penurunan kemurnian etanol yang dihasilkan (Wahyuni, 2012).

Sesuai dengan pernyataan Franken (1990) yang mengatakan bahwa temperatur

pada proses pervaporasi yang digunakan untuk memperbesar driving force harus berada

diantara 70-100oC untuk daerah feed dan temperatur pada bagian permeat harus pada

range 20-50oC agar dihasilkan performasi yang terbaik pada proses pervaporasi.

Volume Etanol pada bagian Permeat

Berbeda dengan volume permeat yang dihasilkan, dimana volume rerata yang

ditunjukkan pada tabel dapat dilihat kecenderungan terjadinya penambahan volume

seiring sengan bertambahnya suhu pre heating dan penurunan tekanan downstream.

Pengaruh temperatur dan tekanan downstream pada volume permeat dapat dilihat pada

Gambar 3. dibawah ini:


Vol. 4 No. 3, September 2016, 262-274

268


Gambar 3. Volume Etanol pada bagian Permeat

Berdasarkan analisa sidik ragam dapat terlihat bahwa nilai faktor perlakuan pada

tekanan (P) cukup signifikan dengan nilai F hitung sebesar 25.939 lebih besar

dibadingkan dengan F tabel yakni sebesar 3.63 untuk 5% dan sebesar 6.23 untuk

standar deviasi sebesar 1%.

Dari percobaan ini maka dapat disimpulkan bahwa variasi temperatur pada bagian

feed dan tekanan pada bagian downstream akan berkesinambungan dalam menyediakan

free volume sehingga akan lebih mudah melewatkan fluida pada membran dan

menghasilkan volume yang terus meningkat. Kenaikan volume pada bagian permeat ini

pula cenderung berbanding tebalik dengan kemunian dari etanol yang dihasilkan karena

semakin banyak volume rendemen yang dihasilkan maka kemurnian akan semakin

berkurang akibat selektivitas pada membran mengalami penurunan (Franken, 1990).

Kadar Etanol pada bagian Retentate

Berdasarkan Gambar 4 dapat dilihat bahwa terjadi tren penurunan kadar etanol

seiring dengan bertambahnya suhu pre heating pada feed dan rendahnya tekanan pada

sisi downstream. Hal ini dapat terjadi akibat terjadinya pembesaran free volume pada

pori-pori membran yang digunakan sehingga molekul air akan lebih mudah lolos dan

berakibat pada penurunan kadar etanol. Pada kondisi tekanan downstream sama dan

suhu pemanasan feed divariasikan, maka semakin tinggi suhu pre heating pada feed

akan menurunkan kadar etanol. Kemudian pada saat suhu pre heating feed sebagai

variabel tetap sedang tekanan downstream divariasikan, dapat dilihat pula terjadi

penurunan kemurnian etanol. Sehingga dapat disimpulkan bahwa variasi tekanan

downstream dan temperatur pre heating pada feed akan berpengaruh terhadap

penurunan kadar etanol pada retentate.

Gambar 4. Kadar Etanol Retentate


Vol. 4 No. 3, September 2016, 262-274

269


Volume Retentate

Pada Gambar 5 dapat dlihat pengaruh variasi suhu pre heating pada feed dan

tekanan pada permeat terhadap volume retentate. Dari grafik tersebut terlihat bahwa

jumlah volume retentate yang dihasilkan cukup fluktuatif, hal ini disebabkan akibat

membran yang digunakan memiliki ketebalan yang tidak seragam sehingga

menghasilkan derajat swelling yang berbeda pula, derajat swelling merupakan

kemampuan suatu membran menyimpan cairan di dalam lapisan tipis, lapisan tersebut

mengisi free volume yang terdapat pada membran sehingga berpengaruh terhadap

volume retentate yang dihasilkan. Perbedaan ketebalan membran ini dapat diakibatkan

saat penuangan cairan PES-NMP pada pembuatan membran penyokong, permukaan

meja yang digunakan pada saat pembuatan membran berubah sehingga dihasilkan

ketebalan yang tidak seragam, selanjutnya saat proses coating pada membran tray oven

yang digunakan pun tidak rata dan pemanasan dari dalam oven yang tidak seragam

sehingga dapat mengakibatkan ketebalan membran yang berbeda dan derajat swelling

yang berbeda pula.

Gambar 5. Volume Retentate

Penurunan konsentrasi etanol pada bagian Feed

Pada Gambar 6. dapat dilihat pengaruh variasi suhu pre heating pada feed dan

tekanan downstream terhadap penurunan konsentrasi pada feed setelah proses

berlangsung. Terlihat pada grafik tersebut bahwa terjadi penurunan kadar etanol pada

feed setelah terjadinya pemanasan, hal ini dikarena etanol memiliki massa jenis yang

lebih ringan dibandingkan dengan air sehingga memiliki kemampuan untuk menguap

lebih cepat, sedangkan air tetap tertinggal, sehingga akan berpengaruh terhadap jumlah

atau konsentrasi etanol yang terdapat didalam feed dan menyebabkan kadar etanol

dalam feed berkurang. Secara rata-rata pada kenaikan suhu dan tekanan akan

berpengaruh terhadap penurunan kadar etanol dalam feed setelah terjadinya proses.

Gambar 6. Penurunan konsentrasi etanol pada bagian Feed


Vol. 4 No. 3, September 2016, 262-274

270


Penurunan volume pada bagian Feed

Pada Gambar 7. dapat dilihat pengaruh variasi suhu pemanas pada feed dan tekanan

downstream terhadap volume etanol pada feed setelah proses berlangsung, dapat dilihat

bahwa semakin besar suhu dan tekanan yang digunakan dalam sistem akan

berpengaruh pada penurunan volume pada feed setelah proses berlangsung, hal ini

berbanding terbalik dengan jumlah permeat yang dihasilkan, semakin besar suhu dan

tekanan yang digunakan maka volume permeat akan semakin besar. Hal ini dapat

terjadi akibat terjadinya pelebaran free volume pada membran yang menyebabkan

fluida dapat melewati membran dengan mudah menuju permeate tank yang

menyebabkan volume pada feed tank berkurang akibat terjadi perpindahan fluida ke

permeate tank

Gambar 7. Penurunan volume pada bagian Feed

Pengaruh variasi tekanan dan suhu terhadap nilai fluks

Gambar 8. menunjukkan pengaruh variasi suhu pemanas pada feed dan tekanan

downstream terhadap fluks yang dihasilkan selama proses berlangsung. Dari nilai fluks

yang disajikan pada gambar diatas dapat dilihat bahwa seiring dengan terjadinya

kenaikan suhu pre heating pada bagian feed dan berkurangnya tekanan absolut pada

bagian downstream akan berakibat pada bertambahnya fluks yang dihasilkan pada

bagian permeat. Berdasarkan analisa sidik ragam terlihat bahwa nilai faktor perlakuan

pada tekanan (P) cukup signifikan dengan nilai F hitung sebesar 26.768 lebih besar

dibandingkan dengan F table yakni sebesar 3.63 untuk 5% dan sebesar 6.23 untuk

standart deviasi sebesar 1%.

Gambar 8. Nilai Fluks pada Permeat


Vol. 4 No. 3, September 2016, 262-274

271


Dari hasil ANOVA tersebut dilakukan uji BNT untuk mengetahui pengaruh

perbedaan dari tiap variasi tekanan yang digunakan, dari hasil uji BNT bahwa variasi

tekanan yang diberikan pada bagian downstream berpengaruh terhadap penambahan

fluks pada bagian permeat. Hal ini sesuai dengan teori free volume bahwa semakin

tinggi suhu pre heating dan penurunan tekanan downstream akan berakibat pada

membukanya pori-pori membran yang berakibat pada ketersediaan free volume yang

lebih besar sehigga memudahkan suatu zat untuk melewatinya.

Pengaruh tekanan dan suhu operasi terhadap derajat swelling pada membrane

Pada Gambar 9. dapat dlihat pengaruh variasi suhu pemanas pada feed dan tekanan

pada permeat terhadap derajat swelling membran selama proses berlangsung. Dari hasil

penelitian ini pada tekanan operasi 51.325 Absolut kPa dengan suhu pemanasan

dilakukan variasi terlihat tren yang semakin naik, hal ini terjadi akibat membran

menyerap air dengan kuantitas yang terus meningkat. Dalam kasus ini dapat

dihubungkan dengan kemurnian sisi permeat tertinggi yakni pada kondisi operasi

72.01oC/51.325 absolut kPa dengan derajat swelling tertinggi pula, coating membran

berupa alginat dan kitosan memiliki sifat hidrofilik (kecenderungan menyerap air) pada

saat derajat swelling tertinggi artinya banyak air yang terperangkap dalam membran

sehingga proses pemurnian lebih optimal.

Namun secara keseluruhan diagram yang ditunjukkan pada Gambar 9.

menunjukkan nilai swelling secara fluktuatif, hal ini dapat juga terjadi akibat waktu

penimbangan membran yang tidak seragam sehingga terjadi kehilangan zat cairan pada

membran, tebal coating membran yang tidak rata, serta kesalahan teknis lainnya yang

dapat terjadi selama penelitian berlangsung.

Gambar 9. Nilai derajat swelling membran

Pengaruh tekanan dan suhu operasi terhadap Selektivitas Membran

Pengaruh temperatur dan tekanan terhadap selektivitas membran ditujukkan pada

Gambar 9 dibawah ini. Nilai selektivitas akan naik sebanding dengan kenaikan

temperatur operasi dan selanjutnya akan mengalami penurunan kembali. Semakin

tinggi temperatur umpan yang melewati membran, maka akan menyebabkan fluks pada

sisi permeat meningkat, hal ini juga pada akhirnya akan mempengaruhi sifat fisik pada

material membran menjadi bersifat plastis, dan akan menyebabkan penurunan tingkat

selektivitas, sehingga banyak molekul air yang ikut tersaring dan mengakibatkan

penurunan konsentrasi pada permeat (Wahyuni, 2012).Seperti yang ditunjukkan oleh

Gambar 10 dibawah ini terjadi penurunan nilai selektifitas secara periodik suhu operasi

63.64oC, 67.83oC dan 72.01oC.


Vol. 4 No. 3, September 2016, 262-274

272


Franken (1990) dalam penelitiannya yang berjudul “Pervaporation Process using a

Thermal Gradient as The Driving Force” didapatkan kenaikan fluks seiring dengan

bertambahnya suhu operasi pemanasan pada bagian feed, dan nilai fluks akan

berbanding terbalik dengan selektivitas pada membran yang digunakan.

Gambar 10. Konsentrasi Etanol pada Permeat

Pemisahan campuran azeotrope etanol-air

Etanol membentuk sistem azeotrop dengan air pada konsentrasi etanol sebesar

95.5% (w/t). Pada konsentrasi ini campuran etanol-air tidak dapat dipisahkan dengan

proses distilasi biasa. Oleh karena itu, pada proses pervaporasi kali ini setelah di

dapatkan kondisi optimum pada variasi temperatur pre heating dan tekanan

downstream maka dilakukan uji kinerja performansi membran komposit Poly Ether

Sulfone dengan coating alginat-kitosan.

Dalam percobaan ini dilakukan pervaporasi campuran etanol air dengan

konsentrasi etanol sebesar 85.5490% (w/t) sebagai pembanding. Perbandingan ini

dilakukan untuk meneliti kinerja membran komposit Poly Ether Sulfone dengan

coating alginate-kitosan dalam pemisahan campuran azeotrop etanol-air. Dari hasil

penelitian yang dilakukan menggunakan konsentrasi etanol pada feed sebesar

85.55%(w/t) yang dilakukan proses pemurnian dengan pervaporasi pada kondisi

operasi T= 72.01oC dan tekanan downstream dikondisikan sebesar 51.325 Absolut kPa,

diperoleh hasil kemurnian etanol pada bagian permeat sebesar 92.5219% (w/t), terjadi

kenaikan kadar etanol pada bagian permeat sebesar 6.9729% (w/t) dan dalam hal ini

kinerja membran komposit poly ether sulfone dengan coating alginate-kitosan belum

berhasil dalam proses pemisahan campuran azeotrop etanol-air seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 10 dibawah ini.

Berbeda dengan penelitian yang telah dilakukan oleh Pratiwi (2011) dalam

penelitiannya yang berjudul Pembuatan Membran Komposit Pervaporasi berbasis

Polyether Sulfone-Biopolimer untuk Dehidrasi Bioetanol, Pratiwi (2011) menggunakan

umpan berupa bioetanol dengan konsentrasi sebesar 94.34% dan dihasilkan kenaikan

konsentrasi etanol tertinggi mencapai 99.30%. Hal ini dapat saja terjadi akibat pori-pori

permukaan membran yang masih terlalu besar dalam proses pemisahan campuran

azeotrop etanol-air oleh membran komposit PES-alginat-kitosan, sesuai dengan Keane,

et al (2007) yang mengatakan bahwa kenaikan permeabilitas berdampak pada

penurunan selektivitas hal tersebut terbukti dalam penelitian yang dilakukan oleh

Pratiwi (2011) bahwa kadar etanol terbaik pada uji pervaporasi diperoleh pada

penggunaan PES-Kitosan yang dibuat dengan konsentrasi larutan kitosan 2,5% dan

kuantitas coating 3x.


Vol. 4 No. 3, September 2016, 262-274

273


Gambar 11. Pemisahan campuran Azeotrop etanol-air

KESIMPULAN

Kondisi operasi proses terbaik adalah pada suhu pre heating sebesar 72.01 oC dan

tekanan downstream sebesar 41.325 absolut kPa yang menghasilkan kemurnian etanol

sebesar 82.84%(w/t) dari konsentrasi feed sebesar 68.05%(w/t). Kenaikan konsentrasi

etanol terendah terjadi pada kondisi operasi suhu pre heating sebesar 67.83oC dan

tekanan downstream sebesar 46.325 absolut kPa yang menghasilkan kemurnian etanol

pada bagian permeat sebesar 77.41% (w/t). Nilai fluks tertinggi didapatkan pada saat

kondisi operasi pre heating sebesar 72.01oC dan tekanan downstream sebesar 41.325

abs kPa. Dimana hal ini sesuai dengan hipotesa bahwa semakin tinggi suhu pre heating

yang digunakan dan semakin rendahnya tekanan vakum maka fluks yang dihasilkan

akan semakin banyak, berbanding terbalik dengan nilai selektivitas membran.

Dilakukan uji performansi membran komposit poly ether sulfone dengan coating 3%

alginat-3% kitosan pada pemisahan campuran azeotrop etanol-air pada kondisi operasi

terbaik dengan konsentrasi etanol pada feed sebesar 85.55%(w/t) dan diperoleh

kenaikan kemurnian etanol pada bagian permeat sebesar 92.52%(w/t) sehingga dapat

disimpulkan bahwa membran komposit poly ether sulfone dengan coating 3% alginat-

3% kitosan ini belum mampu dalam memisahkan campuran azeotrop etanol-air.

Semakin tinggi suhu dan tekanan operasi pada pervaporasi akan berbanding lurus

terhadap volume pada permeat yang dihasilkan, namun hal ini akan berbanding terbalik

dengan volume feed sisa setelah operasi berlangsung dan selektivitas membran.

DAFTAR PUSTAKA

Franken, A, C, N., Mulder, M, H, V., Smolders, C, A. 1990. Pervaporation Process

using a Thermal Gradient as The Driving Force. Journal of Membran Science 53 (1990) Departement of Chemichal Engineering University of Twente: The Netherlands. 127-141

Huang, S, H, Lin, W, L, Liaw, D, J, Li, C, L, Kao, S, T, Wang, D, M, Lai, J, Y. 2008. Characterization, Transport and Sorption Properties of Polythiol Ester Amide Thin-Film Composite Pervaporation Membranes. Journal of Membrane Science, 322(1), 139-145

Keane, D., Eoin, F., Michael, M. 2007. Preparation of Polymer-Based Membrane for Dehydration of Ethanol by Pervaporation. Environmental Protection Agency STRIVE Programme 2007-2013. STRIVE Report Series. No 50:1-37

Kozaric, N, Farkas, A, Salim, H, Mayer, O. 1987. Ethanol. In Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Vol. A.9. Tokyo: VCH. 615-630


Vol. 4 No. 3, September 2016, 262-274

274


Nurfiana, F, Mukaromah, U, Jeannisa, V, C, Putra, S. 2009. Pembuatan Bioetanol dari Biji Durian sebagai Sumber Energi Alternatif. Seminar Nasional V SDM Teknologi Nulir: Yogyakarta 5 November 2009

Pratiwi, M, A. 2011. Pembuatan Membran Komposit Pervaporasi berbasis Polyether Sulfone-Biopolimer untuk Dehidrasi Bioetanol. Tesis. Magister Teknik Kimia. Universitas Diponegoro: Semarang

Punyalina, Alexnadra Yu. Polotskaya, Galina A. Veremeychik, Kseniya Yu. Goikhman, Mikhail Ya. Podeshvo, Irina V. Toikka, Alexander M. 2015. Ethanol Purification from Methanol via Pervaporation using Polybenzoxazinoneimide Membran. Fuel Processing Techonology. Department of Chemical and Thermodinamics and Kinetic, Saint Petersburg: Rusia

Rahmi, Primacita Nahlia. 2017. Karakterisasi Membran Pervaporasi Berbasis Polyethersulfone dengan Coating Kitosal-Alginat. Skripsi: Universitas Brawijaya

Spillman, Robert W., 1989. Economics of Gas Separation Membranes. Chemical engineering Progress. 41-62

Teresa, M, M, Antonio, A, M, Caetano, N, S. 2010. Microalgae for Biodiesel Production and Other Applications: A Review, Renewable and Sustainable Energy 14 217-232

Unlu, D, Hilmioglu, N, D. 2013. Purification of Fluel Bioetanol by Purification. Kocaeli University, Chemical Engineering Departmen, Kocaeli Turkey. June 18-21 2013

Uragami, T. 2005. Dehydration Performance of Alcohol from Biomass Fermentation by Various Chitosan Membranes. Journal of Metals. Materials and Minerals. 15(1) : 49-57

Wahyuni, Ika. 2012. Studi Pemisahan Campuran Azeotrop Etanol-Air dan Isopropil Alkohol-Air melalui Proses Pervaporasi dengan Membran Thin Film Composite Komersial. Thesis: Fakultas Tenknik Unversitas Indonesia: Depok

Documents

Variasi Tekanan Dan Suhu Pada Proses Purifikasi Etanol