Pemisahan Campuran Organik-Organik dengan Pervaporasi Meti Fatmawati Teknik Kimia, ITB, Jl Ganesha No. 10, Bandung, Indonesia
[email protected] Abstrak Pemisahan campuran organik-organik dengan teknik pervaporasi memiliki peranan penting dalam industri kimia, industri farmasi maupun industri petrokimia. Pervaporasi menjadi salah satu teknik pemisahan alternatif yang bernilai ekonomis karena secara umum memerlukan energi yang lebih rendah khususnya dalam pemisahan campuran azeotrop dan campuran larutan dengan perbedaan titik didih yang kecil, sehingga pemisahan dengan teknik pervaporasi dapat menggantikan proses konvensional seperti distilasi dan pemisahan kriogenik. Prinsip pervaporasi dapat digunakan untuk dehidrasi larutan organik, penghilangan senyawa organik yang mudah menguap dari campuran larutan, dan pemisahan campuran organik/organik. Aplikasi membran dapat digunakan dalam proses pemisahan campuran polar/ nonpolar, campuran aromatik/ alisiklik, campuran aromatik/ alifatik, dan campuran isomer. Faktor penting dalam teknik pervaporasi membran adalah kemampuan selektivitas dan fluks yang dimiliki membran. Untuk itu pemilihan karakter membran sangat berpengaruh terhadap teknik pervaporasi yang dilakukan. Berbagai aplikasi dibahas secara garis besar dalam tulisan ini. Tujuan dari penulisan paper ini adalah memberikan pandangan mengenai teknologi membran untuk pemisahan campuran organik-organik dan memberikan informasi mengenai prospek dari teknik pervaporasi membran dengan alternatif material membran yang lebih efektif. Untuk perkembangan membran yang lebih maju diperlukan adanya usaha yang lebih yang harus didukung oleh penelitian-penelitian dalam bidang pervaporasi khususnya untuk pemisahan campuran organik-organik sehingga lebih memahami bagaimana proses pervaporasi membran tersebut. Kata kunci: pervaporasi, pemisahan, campuran organik/organik, membran
yang mudah menguap dari aliran larutan, (iii) pemisahan campuran organik-organik [4]. Membran yang digunakan dalam proses pervaporasi diklasifikasikan berdasarkan pemisahan yang diinginkan. Membran hidrofilik digunakan untuk menghilangkan air dari larutan organik. Membran dengan tipe ini dibuat dari polimer dengan temperatur transisi diatas temperatur ruang [5]. Contohnya adalah polyvinyl alcohol. Membran organofilik digunakan untuk memperoleh kembali senyawa organik dari larutan. Tipe membran ini menggunakan temperatur transisi dibawah temperatur ruang [5]. Salah satu contoh dari membran organofilik adalah PEBA. PEBA tidak hanya membran organofilik yang baik namun juga memiliki stabilitas mekanik yang baik. Terlebih lagi, permselektivitas dari PEBA dapat ditingkatkan dengan mengatur komposisi polieter dan poliamida dari PEBA [6]. Proses dehidrasi larutan organik menggunakan membran hidrofilik merupakan salah satu aplikasi yang utama dalam dunia industri. Disebabkan karena karakter dari hidrofilik tersebut, membran ini memungkinkan proses ektraksi dari air dengan fluks dan selektivitas bergantung pada struktur kimia dari sisi aktif dan mode yang digunakan adalah crosslinking [7].
1. Pendahuluan Dalam dunia industri kimia, farmasi, dan beberapa industri lainnya, proses pemisahan adalah hal yang penting untuk memisahkan dan pemurnian produk dari bahan mentah [1,2]. Proses pemisahan juga digunakan untuk mendaur ulang bahan-bahan yang bernilai ekonomis dari limbah [3]. Keberadaan metode-metode pemisahan telah dipelajari dalam hal efisisensi energi, dan juga telah dilakukan penelitian untuk menemukan metode pemisahan yang memerlukan energi yang lebih rendah. Proses membran menawarkan prospek yang baik dalam hal ini karena penggunaan energi yang secara umum lebih rendah dari proses pemisahan konvensional [3]. Perkembangan membran di masa depan dalam proses pemisahan cair-cair bergantung kepada potensi teknologi tersebut untuk menggantikan cara konvensional seperti distilasi dan pemisahan kriogenik. Pervaporasi, yang merupakan teknik umum yang digunakan dalam membran reverse osmosis dan pemisahan gas adalah salah satu teknik proses pemisahan membran cair-cair yang dapat diaplikasikan untuk pemisahan campuran larutan organik-organik. Aplikasi-aplikasi dari pervaporasi dapat diklasifikasikan menjadi: (i) dehidrasi dari larutan organik, (ii) penghilangan senyawa organik
1
Pervaporasi merupakan salah satu proses pemisahan membran yang menlibatkan proses penguapan sebagian dari campuran cairan melalui suatu membran dengan kerapatan tinggi dimana pada aliran bagian bawah dijaga dalam kondisi vakum [8]. Transportasi cairan dalam teknik pervaporasi ini digambarkan dengan berbagai model pelarutan-difusi. Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut: penyerapan permeat pada lapisan antarmuka antara larutan umpan dan membran, proses difusi melewati membran seirirng dengan perubahan konsentrasi, dan terakhir desorpsi kedalam bentuk uap pada sisi permeat [5]. Saat ini, teknik pemisahan dengan pervaporasi telah menjadi suatu alternatif yang bernilai ekonomis dalam banyak pemisahan campuran organik-organik khususnya dalam pemisahan azeotropic dan pemisahan larutan dengan titik didih yang berdekatan [9]. Keuntungan pervaporasi antara lain [6]: Tanpa tambahan entrainer dan tanpa kontaminasi, Konsumsi energi rendah, Selektivitas tinggi, Ramah lingkungan, Mudah dioperasikan, Hemat tempat dan pemasangan
2. Kajian Pustaka Pervaporasi Campuran Organik-Organik 2.1. Teori Pemisahan campuran organik-organik merupakan bidang yang sangat berpotensi dalam pervaporasi di dunia industri proses. [3]. Kemungkinan aplikasi yang dapat dilakukan sangat luas, seperti tertera pada gambar 1. Prinsip pemisahan dengan pervaporasi adalah campuran cairan biner atau multikomponen yang dipisahkan dengan penguapan sebagian melalui suatu membran non-pori yang rapat [10]. Campuran umpan cair bersentuhan dengan salah satu sisi membran; permeat diambil sebagai uap dari sisi lainnya. Perpindahan melalui membran diinduksi oleh perbedaan tekanan uap antara larutan umpan dan uap permeat. Perbedaan tekanan uap ini dapat dijaga dalam beberapa cara. Pada skala laboratorium, pompa vakum biasanya digunakan untuk menciptakan kondisi vakum di sisi permeat sistem. Pada skala industri, vakum permeat paling ekonomis dicapai dengan mendinginkan uap permeat hingga terkondensasi; kondensasi secara spontan menciptakan vakum parsial [11]. Proses pervaporasi sederhana ditunjukkan dengan gambar 3. Kemampuan membran untuk memisahkan biasanya dikarakterisasi dnegan suatu faktor pemisahan yang didefinisikan dengan persamaan berikut:
Tujuan dari penulisan ini adalah menjelaskan bagaimana proses pemisahan campuran organikorganik yang merupakan tantangan yang cukup besar dalam dunia industri dengan menggunakan teknik pervaporasi membran.
x p ,i / x p , j
(1)
x f ,i / x f , j
Kategori Campuran Organik
Polar/Non-polar
Contoh: Metanol/Toluena Etanol/Benzena i-Propanol/Toluena Metanol/MTBE Etanol/ETBE
Aromatik/Alifatik
Contoh: Benzena/i-oktana Benzena/n-Heptana Toluena/n-Oktana Toluena/n-Heptana
Aromatik/Alisiklik
Contoh: Benzena/Sikloheksana Toluena/Sikloheksana
Isomer
Contoh: Isomerik Xylena n/i Heptana n-Propanol/iPropanol C4-C8 Isomer
Gambar 1. Klasifikasi Pemisahan Organik-Organik dengan Pervaporasi [7] 2
FEED (L)
RETENTATE(L)
LIQUID MEMBRAN E
VAPORS
COOLER
VACUUM
PERMEATE Gambar 2. Skema Teknik Pervaporasi [10] perpindahan massa dari masing-masing komponen [12], dengan mengkombinasikan persamaan (2) dan (3) sehingga diperoleh
Dimana x p ,i dan x p , j adalah fraksi mol komponen i dan j pada permeat, sedangkan x f ,i dan xf , j
adalah fraksi mol pada umpan. Faktor
pemisahan ini dapat bernilai variatif dari terhingga sampai tak terhingga, dimana semakin besar nilai menunjukkan semakin tinggi selektivitas. Faktor pemisahan dapat juga direpresentasikan dalam bentuk fluks permeat sebagai berikut:
Ji x f , j
Rov ,k R f ,k Rm,k Rp,k
komponen i dan j. Untuk nilai fluks pada permeat pada umumnya diperoleh dengan persamaan yang berkaitan dengan modela tahanan perpindahan massa [7]. Misal J k merupakan fluks total pada permeat (dimana k=i atau k=j), maka J k dapat difenisikan sebagai C f ,k H k C p ,k
(3)
Rov ,k
Dimana
C f ,k
dan
C p,k
merupakan
konsentrasi komponen k pada umpan dan permeat. H k adalah koefisien kesetimbangan tak berdimensi dan Rov ,k adalah total tahanan perpindahan massa. Dalam kasus pervaporasi dimana tekanan total pada permeat jauh lebih kecil dari tekanan uap komponen, maka dapat diasumsukan bahwa C p ,k 0 sehingga faktor pemisahan dapat direpresentasikan
dalam
bentuk
(4)
(5)
2.2. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Performa Membran a. Komposisi dan Konsentrasi Umpan Kemampuan permeasi atau perembesan molekul-molekul melalui membran tidak berpori secara umum dideskripsikan dengan mekanisme pelarutan-difusi dalam 3 langkah: penyerapan, difusi, dan penguapan. Berdasarkan prinsip ini permselektitivitas dari suatu membran pervaporasi ditentukan oleh solubilitas dan diffusivitas dari komponen permeat dalam membran. Karena mayoritas penyerapan dan difusi bergantung pada komposisi dari campuran cairan, maka karakter perembesan membran juga sangan dipengaruhi oleh komposisi umpan.
Dimana J i dan J j merupakan fluks dari
Jk
Rov ,i
Total tahanan komponen Rov ,k merupakan jumlah dari tahanan pada sisi umpan, membran, dan sisi permeat:
(2)
J j x f ,i
Rov , j
b. Umpan dan Tekanan Permeat Gaya dorong yang utama pada pervaporasi adalah perbedaan aktivitas dari komponenkomponen di dalam membran. Perbedaan atau gradien aktivitas maksimum dicapai pada saat tekanan permeat sama dengan nol, sehingga pada
tahanan 3
tekanan permeat yang lebih tinggi lagi, tekanann umpan mempengaruhi karakteristik dari pervaporasi [7]
hidrolisis sebesar 88% bersifat selektif terhadap etanol dengan sangat baik. Namun beberapa polimer yang lain seperti poly(acrylic acid) dan poly(N-vinyl pyrrolidone) tidak layak sebagai membran pada pemisahan ethanol/toluena ini karena tingginya gembungan atau pembengkakan pada saat diuji coba pada campuran ethanol/toluena. Tabel 1 menampilkan contoh dari proses pemisahan ini beserta karakterisasinya.
c. Temperatur Fluks total meningkat seiring dengan peningkatan temperatur [13]. Peningkatan temperatur juga berpengaruh pada peningkatan permeabilitas dan penurunan selektivitas [9]. d. Polarisasi Konsentrasi Ketika campuran biner dilewatkan melalui membran semipermeabel dengan kecepatan komponen yang berbeda-beda, peningkatan dari komponen yang kurang permeabel pada lapisan yang dekat dengan membran akan terjadi [7]. Perbedaan konsentrasi antara larutan yang lebih pekat dengan larutan kurang pekat disebut dengan polarisasi konsentrasi Dalam teknik pervaporasi peran dari polarisasi konsentrasi ini tidak signifikan [14]. Namun peran dari polarisasi konsentrasi dalam pemisahan campuran organik-organik masih perlu untuk dieksplorasi. Salah satu upaya mengurangi pembentukan polarisasi konnsentrasi adalah dengan mengatur hidrodinamikan di dalam modul membran. Penggunaan spacer berbentuk jejaring dapat digunakan untuk menghasilkan aliran turbulen sehingga polarisasi konsentrasi dapat dikurangi [15]
3.2. Pemisahan Campuran Aromatik/ Alisiklik Dalam bidang pemisahan senyawa aromatik dari senyawa alisiklik dan aromatik lainnya, penelitian telah dimulai sejak awal tahun 1960an [7]. Proses pemisahanan benzena (Bz) dan sikloheksana (Chx) merupakan hal yang sangan penting dan sangat sulit dalam bidang industri petrokimia [9]. Contoh dan karakterisasi dari proses pemisahan ini ditunjukkan oleh tabel 2. 3.3. Pemisahan Hidrokarbon Aromatik/ Alifatik/ Aromatik Pemisahan campuran hidrokarbon aromatik/alifatik pertama dilakukan 25 tahun lalu. Pada tahun 1983 pemisahan campuran menggunakan elastomer seperti poly(butadieneacrylonitrile rubber) (NBR) dan poly(butadienestyrene rubber) (SBR) dilakukan oleh Brun dan Larchet dan memberikan hasil bahwa selektivitas yang terhadap senyawa aromatik [17]. Tabel 3 menunjukkan proses-proses pemisahan campuran ini beserta dengan performanya [7].
3. Penelitian di Bidang Pemisahan OrganikOrganik Sejak komersialisasi pervaporasi untuk dehidrasi etanol oleh GFT pada tahun 1980an yang berdasar crosslinking PVA/PAN membran, baik aplikasi maupun tipe pervaporasi telah berkembang luas [16].
3.4. Pemisahan Isomer-Isomer Campuran jenis ini merupakan salah satu campuran yang tersulit untuk dipisahkan. Industri pemisahan dari C8-aromatik (o-xylene, m-xylene, p-xylene, dan etil benzena) saat ini menggunakan metode super fraksinasi, krisratalisasi fraksional, adsoprsi, atau gabungan dari metode-metode tersebut. Proses-proses ini sangat kompleks dan secara umum memerlukan energi yang besar. Proses pemisahan yang sangat sulit dilakukan disebabkan karena ukuran yang sama, bentuk, dan struktur kimia dari isomer-isomer tersebut. pengujian dengan membran menunjukkan hasil tingkatan permeasi atau perembesan dari senyawa C8-aromatik ini adalah sebagai berikut p-xylene>mxylene>etil benzena>o-xylene dan fluk dari komponen-komponennya sangat bergantung pada aliran tekanan dibagian bawah [3]. Tabel 4 menunjukkan aplikasi-aplikasi dari proses pemisahan ini beserta dengan performanya [7].
3.1. Pemisahan Campuran Pelarut Polar/Nonpolar Interaksi antara membran polimer dan penentran berperan penting dalm pemisahan cairan. Perbedaan sifat kimia yang besar antar komponen campuran akan menghasilkan proses pemisahan yang lebih baik dengan menggunakan polimer yang hanya dapat berinteraksi dengan salah satu komponen saja [3]. Hal inilah yang menjadi dasar pemisahan campuran pelarut polar/nonpolar. Salah satu aplikasi yang akan dibahas adalah pemisahan campuran ethanol/toluena. Berdsarkan literatur, pada percobaan pervaporasi polimer yang polar bersifat selektif permeabel terhadap ethanol. Sebagai contoh poly(vinyl alcohol) dengan derajat 4
Copolymerization dapat diaplikasikan untuk alasan yang sama dengan blending, namun perbedaannya pada copolymerization menggunakan polimer yang memiliki ikatan kovalen yang dapat meningkatkan kestabilan mekanik membran.
4. Isu Terkini Mengenai Pervaporasi Campuran Organik-Organik Perkembangan terbaru dalam bidang ini membuktikan bahwa membran berperan penting khususnya dalam dunia industri petrokimia, seperti [7]: Pemisahan campuran azeotrop. Contohnya pemurnian alkileter ETBE. Pemisahan campuran yang dalam kesetimbangan uap-cair menunjukkan kandungan uap yang sangat rendah.
6. Pembentukan Membran 6.1. Morfologi Membran Komposisi dan morfologi membran merupakan kunci untuk menghasilkan keefektifan teknologi membran. Ketika material dengan selektivitas yang tinggi dipilih, performa membran dapat dioptimissasi lebih dengan mereduksi ketebalan efektiv membran. Penggunaan film yang tipis merupakan pilihan yang baik untuk mendiskriminasi pengurangan lapisan berporos. Hal ini berarti bahwa baik asimetrik atau komposit membran bisa dikembangkan sehingga memiliki lapisan atas yang rapat da bagian bawah dengan pori terbuka. Gambar 4 menunjukkan morfologi dari komposit membran yang terdiri dari tiga lapisan membran, yaitu lapisan dengan pori besar, lapisan intermediet, dan bagian atas dengan kerapatan tinggi.
5. Pemilihan Material Membran Pemilihan membran untuk memberikan performa yang sesuai dengan keinginan ditentukan oleh beberapa faktor, diantaranya kestabilan membran, produktivitas membran, dan selektivitas membran. 5.1. Pemilihan Material Polimer sebagai Bahan Membran Pemilihan material polimer untuk pemisahan didasarkan pada 3 hal penting, yaitu tahanan kimia yang tinggi, kapasitas penyerapan, dan kekuatan mekanik dari film polimer yang baik dalam larutan. 5.2. Struktur Membran Beberapa struktur membran seperti pori, densitas, dan bentuk asimetrik diperlukan dalam hal ini. 5.3. Modifikasi Polimer untuk Pemisahan Lebih Lanjut Crosslinking Dalam teknologi membran, ada dua alasan untuk melakukan crosslink polimer. Alasan yang pertama adalah untuk membuat polimer tidak larut dalam umpan dan alasan kedua adalah menurunkan derajat pengembangan dari polimer dengan tujuan untuk menghasilkan selektivitas yang baik [7]. Grafting Grafting nerupakan teknik modifikasi polimer dimana rantai oligomerik berperan sebagai rantai cabang yang tidak teratur terhadap rantai cabang polimer utama. Blending Suatu campuran yang terdiri dari dua polimer yang tidak berikatan kovalen disebut paduan polimer. Pada prinsipnya, blending merupakan teknik yang ideal untuk menghasilkan kemampuan hidrofilik yang optimum dalam membran hidrofobik [7]. Copolymerization
6.2. Modul Membran Modul membran merupakan unit terkecil membran yang memiliki luas tertentu. Beberapa hal penting yang harus diperhatikan dalam perancangan modul adalah packing density (luas membran persatuan volume), kemampuan menampung suspended solid, kemudahan penggantian, biaya investasi, manajemen fluida, kemudahan untuk dibersihkan, energi, dan variabel biaya. Modul membran dapat diklasifikasikan menjadi dua tipe yaitu: a. Modul Flat/Datar Terdiri dari tiga jenis modul yaitu plate & frame, spiral wound, dan casette. Ketiga jenis tersebut akan dijelaskan sebagai berikut.
Plate & Frame Dalam bidang pervaporasi, perancangan modul plate & frame telah digunakan sangat luas karena dua alasan, yaitu modul ini menggunakan material gasketing yang resistan terhadap pelarut organik dan mampu beroperasi pada suhu tinggi [18].
5
Liquid retentate Liquid feed Membran Vacuum system
Water outlet
Condensor
Valve to adjust presure
Water inlet
Liquid temperature
Vacuum pump Membran
Mercury manometer
Permeat Gambar 3. Skema Proses Pervaporasi Sederhana [5]
6
Modul Hollow Fiber Yang menjadi perhatian utama dari modul jenis ini adalah terdapat bagian vesel tekanan yang terdiri dari kumpulan serat-serat dalam bentuk bundelan. Kelemahan modul hollow fiber adalah dalam hal penurunan temperatur dan ketidakefektifan dalam penggunaan aliran terhadap luas permukaan [7].
Selective layer 0,1-2 m UF porous support 10-100 m nonwoven 100 m
Gambar 4. Morfologi Pervaporasi [10]
Komposit
Membran Modul Kapiler Modul kapiler terdiri dari sebuah tabung berisi serat-serat yang tersusun parallel satu sama lain dan bagian ujungnya merupakan suatu pelat. Ditunjukkan oleh gambar 10. Modul jenis ini secara umum jarang digunakan dalam teknik pervaporasi walaupun membutuhkan biaya yang rendah dan memiliki tahanan terhadap fouling atau pengerakan.
Spiral Wound Modul spiral wound terdiri dari lembaranlembaran yang disusun secara parallel untuk membentuk celah sempit sebagai tempat fluida mengalir. Namun modul spiral wound untuk pervaporasi cukup sulit untuk dikembangkan karena faktor adhesi [7]. Modul spiral wound ditunjuukan oleh gambar 5.
Modul Tubular Membran zeolit untuk aplikasi pervaporasi telah banyak dilakukan fabrikasi dalam bentuk modul tubular. Walaupun biaya manufaktur dalam proses pembuatan modul ini tinggi, modul tubular ini memiliki tahanan yang sangat baik tehadap pengerakan (fouling) dengan penurunan tekanan yang rendah namun tidak dapat beroperasi pada tekanan yang tinggi.
Cassette Rancangan modul cassete ini mengkombinasikan teknologi membran terkini dengan optimisasi geometri modul [19]. b. Modul Tubular Modul membran tubular terdiri dari tiga jenis yaitu hollow fiber, kapiler, dan tubular.
Gambar 5. Modul Spiral Wound (Diadaptasi dari [30])
7
Tabel 1. Pemisahan Campuran Pelarut Polar/Nonpolar [7] Sistem (campuran biner) 31% Methanol/benzene Methanol /benzene
(5-90%)
Methanol (5-90%)/toluene
Ethanol (10%)/toluene Methanol (12,1%)/cyclohexane Etahol(12,8%)/cyclohexan e IPA(13,2%)/cyclohexane Methanol (1-5%)/MTBE
Methanol (21%)/MTBE Methanol (9%)/MTBE Methanol (azeotrop) (535%)/MTBE
Material Membran PFSA composite membrane on Teflon Cellulose PVA CA CTA CTA blends with acrylic acid PDMS LLDPE Cellulose PVA CA CTA CTA blends with acrylic acid PDMS LLDPE polyelectrolyte complex
surfactant
PVP and PVAc grafted
Modified PPO Ceramic silica Blends of PVA/PPA Blends of PVA/SSA
Methanol/MTBE(5-50%)
CA
Selektivita s ( )
Flux
Temperatur
(kg m / m h) 2
(o C )
Referensi
9,6
100,28
45
[19]
0-100 5-90 4-38 3-20 4-21 3-10,5 2,2-3,8 1200-25 100-0 39-4 20-4 20-4 12-3 4-2 126 2415
2-52 0-17 25-77 18-68 17-57 13-107 0-13 15-67 0-13 25-74 18-69 17-68 13-117 0-22 2,8 10,8
-
[20,21]
-
[20]
50
[22]
106,7
8,7
50
5,7 0-26 (PVP) 0100(PVAc ) 5,4-7,8 19 4000 1500-6800 1200-1300 Low -
10,4 2,5-31 0-7,5
25
[23]
3-4,8 0,41 1,0 1,0-2 1,6-2 very low
40 50 30 50 30 25
[24] [24] [25]
[26]
Tabel 2. Pemisahan Campuran Aromatik/Alisiklik [7] Sistem (campuran biner) Benzene(Bz)(50%)/ cyclohexene(Cx) Bz(53%)/Cx Bz(55%)/Cx Bz(50%)/Cx Toulene(75%)/Cx Toluene(20%)/Cx
Flux
Material Membran
Selektivita s ( )
(kg m / m2h)
Temperatur (o C )
Referensi
CA modified with PPN
2,7
100
80
[27]
Modified CE PP(oriented) PP(double oriented) LDPE composite with PS and PAM Polyurethane
5,2 1,3 2,4 1,6 7,9 6
50,3 54,4 64,6 10,8 1,4x103 0,9
80 55
[28] [29]
25 30 30
[30] [31] [32]
8
Tabel 3. Pemisahan Hidrokarbon Aromatik/Alifatik [7] Sistem (campuran biner) Toluene (10-70%)/nhexane Toluene/n-heptane Toluene(50%)/n-octane
Tolune(50%)/i-otane
Benzene (20-100%)/nhexane Styrene(2080%)/ethylbenzene
Material Membran Polyurethane Faujasite-type zeolite membrane composite based on polyesterimide ionically crosslinked copolymersof methyl, ethyl, n-butyl acrylate with AA PVA Asymetric Homogenous Polyurethane Crosslinked poly(hexamethyl sebacate)
Flux
Selektivitas ( )
(kg m / m2h)
o
Temperatur ( C )
Referensi
2,8-5,8
1,1-3,5
25
[33]
45
-
60
[34]
70
10
-
[35]
2,5-13
20-1000
40
[36,37]
2,2-28,35 2,45-~
-
1,1-5,7 1,15-1,47
0,3-1,2 0,04-25
60 -
[38] [39]
Tabel 4. Pemisahan Isomer-Isomer [7] Sistem (campuran biner) p-Xylene(10%)/m-xylene p-Xylene(10%)/m-xylene n-hexane (50%)/2,2dimethylbutane n-hexane (50%),3methylpentane n-hexane (50%/cyclohexane 2,2-dimethylbutane (50%)/3methylpentane n-propanol (10-50%)/ipropanol
Material Membran PVA filled with cyclodextrin Polycrystalline ZSM-5 membrane silicalite zeolite membrane
CD-PVA
Flux
Selektivitas ( )
(kg m / m2h)
2,96
0,95
25
[40]
0 (high)
Very low
26-75
[41]
1,1-22,5
-
90-165
[42]
1,1-24
-
90-160
1,2-55
-
96-160
1,0
-
90-160
2,6-15,2
-
35
Temperatur
(o C )
Referensi
[43]
sangat besar dalam menggantikan proses konvensional. Namun bagaimanapun, teknik pervaporasi ini memiliki tantangan yang cukup besar karena sebagian industri tetap bertahan dengan proses konvensional. Membran yang cocok sangat mempengaruhi dalam rancangan sistem pervaporasi ini. Secara keseluruhan proses pengembangan terpadu antara pemisahan dengan pervaporasi dan teknik konvensional perlu diberikan. Untuk mencapai kesuksesan dalam proses perkembangan membran, diperlukan usaha yang harus didukung oleh penelitian-penelitian agar lebih memahami proses yang rumit dari pervaporasi.
7. Aplikasi dalam Industri Pada proses pervaporasi, perpindahan melalui membran dapat dijelaskan oleh dua proses utama yaitu transfer massa komponen melalui membran polimer tak berpori dikombinasikan dengan perubahan fasa liquid menjadi uap [44]. Salah satu aplikasi pervaporasi dalam pemisahan organik adalah pervaporasi untuk dehidrasi etanol dengan penggunaan desikan padat untuk menyerap air yang merupakan akternatif pemurnian etanol [45]. Pervaporasi dapat digunakan untuk penghilangan air dari etanol denga moda kontinyu dan harga lebih murah. 8. Kesimpulan Teknik pervaporasi untuk pemisahan campuran organik-organik memiliki potensi yang 9
Daftar Pustaka References References [1] C. Judson King, Separation Processes, 2nd ed., McGraw Hill, New York (1980) [2] R.W. Rousseau (ed.), Handbook of Separation Process Technology, John Wiley & Sons, New Yor (1987). [3] H. Chae Park. Separation of Alcohols from Organic Liquid Mixtures by Pervaporation.Thesis Enschede. Universiteit Twente. Netherlands. 1993. [4] S.M. Mahajani, 2000. Pervaporation: Membrane Separations. Academic Press: Australia [5] K.S. Mahesh, (1992). Pervaporation: An Overview. Online Chemical Engineering Information. http://www. cheresources. com/pervaporation. pdf. [6] I.G. Wenten. “Perkembangan Terkini di bidang Teknologi Membran.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, 2014. [7] B. Smitha, D. Suhanya, S. Sridhar, M. Ramakrishna. Separation of Organic–Organic Mixtures by Pervaporation—A Review. Journal of Membrane Science 241 (2004) 1–21. [8] J. Neel, in: R.Y.M Huang (ed), Pervaporation Membrane Separation Process, 1991, Chapter 1 [9] J.P. Garcia Villaluenga, A. Tabe-Mohammadi. A Review on The Separation of Benzene/Cyclohexane Mixtures by Pervaporation Processes. Journal of Membrane Science 169 (2000) 159–174. [10] W. Kujawski. Application of Pervaporation and Vapor Permeation in Environmental Protection. Polish Journal of Environmental Studies Vol. 9, No. 1 (2000), 13-26. [11] I.G. Wenten, Khoiruddin, P.T.P. Aryanti, A.N. Hakim. “Pengantar Teknologi Membran.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, 2010. [12] M. Mulder, Basic Principle of Membranes Technology, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1991 [13] S. Ray, S.K. Ray. Separation of organic mixtures by pervaporation using crosslinked and filled rubber membranes. Journal of Membrane Science 285 (2006) 108–119 [14] E. Bengtsson, G. Traardh, B. Hallstrom, Concentration polarization during the enrichment of aroma compounds from a water solution by pervaporation, J. Food Eng. 19 (1993) 399. [15] I.G. Wenten, Khoiruddin, P.T.P. Aryanti, A.N. Hakim. “Polarisasi Konsentrasi dan Fouling pada Membran.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, 2013. [16] P. Shao, R.Y.M. Huang. Polymeric membrane pervaporation. Journal of Membrane Science 287 (2007) 162–179. [17] J.P. Brun, G. Bulvestre, A. Kergreis, M. Guillou, Hydrocarbons separation with polymer membranes. I. Butadiene–isobutene separation with nitrile rubber membranes, Journal of Application Polymer Science. 18 (1974) 1663–1683 [18] W. Hilgendorff, A. Wenzlaff, K.W. Boddeker, G. Kahn, G. Luhrs, Enrichtung zur Trennung von Losungen durch Pervaporation, DEE 3304956, February 12, 1983. [19] B.K. Dutta, S.K. Sikdar, Separation of azeotropicorganic liquid mixtures by pervaporation, AIChE J. 37 (1991) 581. [20] S. Mandal, V.G. Pangarkar, Separation of methanol–benzene and methanol–toluene mixtures by pervaporation: effects of thermodynamics and structural phenomenon, Journal of Membrane Science 201 (2002) 175–190. [21] S. Mandal, V.G. Pangarkar, Development of co-polymer membrane for pervaporative separation of methanol from methanol–benzene mixture: a solubility parameter approach, Sep. Purif. Tech. 30 (2003) 147–168. [22] H.H. Schwarz, R. Apostel, D. Paul, Membranes based on polyelectrolyte complexes for methanol separation, J Journal of Membrane Science 194 (2001) 91–102. [23] Y. Wayne, C. Yoram, Ceramic-supported polymer membranes for pervaporation of binary organic/organic mixtures, Journal of Membrane Science. 213 (2003) 145–157. [24] F. Dogihere, A. Nardella, G.C. Sarti, C. Valentini, Pervaporation of methanol/MTBE through modified PPO membranes, Journal of Membrane Science 91 (1994) 283–291.
10
[25] J.W. Rhim, Y.K. Kim, PV separation of MTBE (methyl tert-butyl ether) and methanol using crosslinked PVA membranes, J. Appl. Polym. Sci. 75 (2000) 1699–1707. [26] Z. Lin, H.L. Chen, Z.J. Zhou, Y. Lu, C.J. Gao, Pervaporation of methanol/MTBE/C5 ternary mixtures through the CA membrane, Desalination 149 (2002) 73–80. [27] E.C. Martin, L.T. Kelly, US Patent 2,981,730 (1961). [28] E.C. Martin, R.C. Binning, L.M. Adams, R.J. Lee, US Patent 3,150,456 (1964). [29] M. Kucharski, J. Stelmaszek, Separation of liquid mixtures by permeation, Int. Chem. Eng. 7 (1967) 618– 622 [30] R.Y.M. Huang, V.J.C. Lin, Separation of mixtures by using polymer membranes. I. Permeation of binary organic liquid mixtures through polyethylene, J. Appl. Polym. Sci. 12 (1968) 2615. [31] J.S. Park, E. Ruckenstein, Selective permeation through hydrophobic–hydrophilic membranes, J. Appl. Polym. Sci. 38 (1989) 453–461. [32] H. Ohst, K. Hidenbrand, R. Dhein, Proceedings of the Fifth International Conference on Pervaporation Process in the Chemical Industry, Heidelberg, Germany, Bakish Materials Corp., Englewood, 1991, pp. 7–21. [32] R. Rautenbach, R. Albrecht, Separation of organic binary mixtures by pervaporation, Journal of Membrane Science. 7 (1980) 203–223. polyurethane films to fractionate toluene–n-heptane mixtures by pervaporation, Sep. Purif. Technol. 22–23 (2001) 45–52. [34] V. Nikolakis, X. George, A. Ayome, D. Mark, T. Michael, V. Dionisios, Growth of faujasite-type zeolite membranes and its application in the separation of saturated/unsaturated hydrocarbon mixtures, Journal of Membrane Science. 184 (2001) 209–219. [35] W.S. Ho, G. Satori, W.A. Thaler et al., US Patent 4,944,880 (1990). properties of sulfonyl-containing polyimide membranes to aromatic/ aliphatic hydrocarbon mixtures, Journal of Membrane Science. 132 (1997) 97–108. [36] S. Matsui, D.R. Paul, Pervaporation separation of aromatic aliphatic hydrocarbons by crosslinked poly(methyl acrylate-co-acrylic acid) membranes, Journal of Membrane Science. 195 (2002) 229–245. [37] S. Matsui, D.R. Paul, Pervaporation separation of aromatic/aliphatic hydrocarbons by a series of ionically crosslinked poly(n-alkyl acrylate) membranes, Journal of Membrane Science. 213 (2003) 67–83. [38] B. Cao, M.A. Henson, Modeling of spiral wound pervaporation modules with application to the separation of styrene/ethylbenzene mixtures, Journal of Membrane Science. 19 (2002) 117–146. [39] C. Bing, H. Hirofumi, K. Toshio, Permeation and separation of styrene/ethylbenzene mixtures through cross-linked poly(hexamethylene sebacate) membranes, Journal of Membrane Science. 156 (1999) 43– 47. [40] H.L. Chen, L.G. Wu, J. Tan, C.L. Zhu, PVA membrane filled-cyclodextrin for separation of isomeric xylenes by pervaporation, Chem. Eng. J. 78 (2000) 159–164. [41] K. Wegner, J. Dong, Y.S. Lin, Polycrystalline MFI zeolite membranes: xylene pervaporation and its implication on membrane microstructure, Journal of Membrane Science. 158 (1999) 17–27. Polym. 49 (2001) 205–213. [42] H.H. Funke, A.M. Argo, J.L. Falconer, R.D. Noble, Separation of cyclic, branched and linear hydrocarbon mixtures through silicate membranes, Ind. Eng. Chem. Res. 36 (1997) 137–143. [43] T. Miyata, I. Tooru, T. Uragami, Characteristics of permeation and separation of propanol isomers through PVA membranes containing cyclodextrin, J. Appl. Polym. Sci. 51 (1994) 2007–2014. [44] I.G. Wenten, Khoiruddin, P.T.P. Aryanti, A.N. Hakim. “Teori Perpindahan dalam Membran.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, 2012. [45] I.G. Wenten. “Teknologi Membran dan Aplikasinya di Indonesia.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, 2010.
11
