6 Contoh Distilasi Fraksional dalam Kehidupan Sehari-hari

Kita sering menemukan beberapa campuran dalam kehidupan sehari-hari. Kadang-kadang, campuran tersebut berharga bukan sebagai campuran tetapi sebagai komponen individu, kita menggunakan beberapa metode pemisahan untuk memilih yang menguntungkan. Misalnya untuk membersihkan air kotor, kita dapat menggunakan metode filtrasi untuk memisahkan kotoran padat. Dalam kasus pengotor cair, bagaimanapun, filtrasi tidak dapat dimurnikan karena perbedaan yang signifikan antara ukuran partikel pengotor dan larutan tidak banyak. Sifat fisik lain yang dapat membantu dalam proses pemisahan adalah titik didih.

Distilasi adalah proses di mana kita dapat memisahkan campuran dua atau lebih cairan berdasarkan perbedaan titik didihnya. Meskipun demikian, distilasi sederhana tidak dapat menghasilkan pemurnian yang signifikan jika perbedaan antara titik didih komponen penyusunnya kurang dari 25 ºC. Untuk kasus seperti itu, kita dapat memodifikasi distilasi sederhana menjadi distilasi fraksional dengan menambahkan kolom fraksionasi ke peralatan.

Dalam distilasi fraksional, uap dari labu destilasi dilewatkan sepanjang kolom fraksionasi, di mana plate plastik dan kaca meningkatkan proses pemisahan dengan menyediakan lebih banyak area permukaan untuk kondensasi dan penguapan. Saat uap naik di kolom fraksionasi, pada ketinggian tertentu, komponen dengan titik didih tinggi mengembun di antara kolom dan kembali ke campuran, sedangkan komponen dengan titik didih lebih rendah melewati kolom dan dikumpulkan di bagian atas.

Distilasi fraksional juga menghemat waktu dan efisiensi yang dapat ditemui selama beberapa redistilasi sederhana. Secara teori, menambahkan lebih banyak plate atau tray di dalam kolom fraksionasi dapat meningkatkan proses pemurnian, tetapi ini juga dapat meningkatkan waktu yang diperlukan untuk pemisahan. Ada beberapa aplikasi industri distilasi fraksional yang memberi kita berbagai produk yang kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari. Berikut beberapa contoh distilasi fraksional dalam kehidupan kita sehari-hari.

1. Penyulingan Minyak

Jika kita pernah memiliki kesempatan untuk mengunjungi kilang minyak, kita dapat menyaksikan salah satu kolom fraksionasi paling berteknologi maju yang ada di planet kita. Bahan bakar yang menggerakkan mesin kendaraan ditemukan jauh di bawah permukaan bumi dan dasar laut sebagai minyak mentah, juga dikenal sebagai minyak bumi. Ini adalah cairan hitam kekuningan yang terjadi secara alami yang terdiri dari endapan hidrokarbon dan bahan organik lainnya. Komponen-komponen ini dapat memiliki beberapa aplikasi, tetapi tidak jika mereka dicampur. Campuran kompleks hidrokarbon dalam minyak mentah dapat dipisahkan menjadi beberapa fraksi dengan teknik distilasi fraksional.

Di kilang, minyak mentah diumpankan ke tungku pembakaran pada suhu sekitar 650 K. Uap yang muncul dari tungku kemudian diumpankan ke kolom fraksionasi tinggi 25-100 m, di mana fraksi yang berbeda mengembun pada kisaran suhu tertentu. Ketika uap yang naik mencapai nampan yang suhunya di bawah titik didih uap, uap akan mengembun sebagian. Ketika beberapa uap mengembun menjadi cairan, panas laten yang hilang kemudian memanaskan lebih banyak cairan, dan komponen yang lebih mudah menguap dalam cairan menguap bergabung dengan uap yang tersisa dan melewati menara. Cairan yang kurang mudah menguap mengalir melintasi plate dan turun ke pipa ke baki di bawahnya. Dari panas ke dingin (hidrokarbon terbesar hingga terkecil), fraksi-fraksinya adalah, Bitumen,pelumas, solar, minyak tanah, nafta, bensin, dan gas .

2. Pembuatan Alkohol

Alkohol telah menjadi bagian penting dari budaya manusia selama berabad-abad, dengan bukti paling awal yang diketahui berasal dari 9.000 tahun yang lalu. Faktanya, beberapa penelitian DNA manusia menunjukkan bahwa nenek moyang kita mengembangkan kemampuan untuk memetabolisme etanol (hanya alkohol yang dapat dikonsumsi) sekitar 10 juta tahun yang lalu, jauh sebelum kita menjadi manusia. Dari minuman beralkohol ringan seperti bir dan anggur hingga minuman beralkohol kadar tinggi seperti wiski dan vodka, alkohol memiliki banyak rasa dan dapat ditemukan hampir di mana saja di seluruh dunia.

Langkah dasar pembuatan alkohol adalah fermentasi- proses memecah gula menjadi etanol dan karbon dioksida. Gas karbon dioksida sering kali dibiarkan keluar dari larutan. Dengan gula tak terbatas, kadar alkohol meningkat selama fermentasi hingga mencapai konsentrasi antara 12 dan 18%. Kadar alkohol di atas 18 atau 19% biasanya bersifat toksik bagi jamur dan menyebabkan kematian sel. Peningkatan lebih lanjut pada kandungan alkohol dalam cairan dilakukan dengan distilasi. Faktanya, minuman keras suling adalah semua minuman beralkohol yang konsentrasi etil alkoholnya telah ditingkatkan di atas campuran asli yang difermentasi dengan penyulingan.

Prinsip distilasi alkohol didasarkan pada titik didih alkohol yang berbeda (78,5 ° C, atau 173,3 ° F) dan air (100 ° C, atau 212 ° F). Jika cairan yang mengandung etil alkohol dipanaskan hingga suhu di atas 78,5 ° C tetapi di bawah 100 ° C dan uap yang keluar dari cairan terkondensasi, maka kondensat akan memiliki konsentrasi atau kekuatan alkohol yang lebih tinggi. Dengan cara ini alkohol selanjutnya dapat dipekatkan dengan distilasi fraksional ke brendi berkekuatan lebih tinggi hingga alkohol 80% v / v.

3. Pemisahan Udara

Udara adalah campuran yang terdiri dari sekitar 78% nitrogen, 21% oksigen, 0,93% argon, 0,378% karbon dioksida, dan jejak gas lainnya, termasuk uap air dan gas mulia lainnya. Sebagian besar gas ini memiliki beberapa nilai komersial dan industri yang dapat diekstraksi langsung dari udara melalui proses pencairan diikuti dengan distilasi fraksional. Prosesnya dimulai dengan penyaringan udara sekitar, di mana udara melewati filter yang menghilangkan partikel debu. Udara yang disaring kemudian dikompresi kira-kira hingga enam bar. Selama kompresi, sebagian besar uap air yang ada di udara terkondensasi. Uap air yang tersisa dihilangkan bersama dengan karbon dioksida ketika udara melewati jaring saringan molekuler. Hal ini dilakukan untuk menghindari terbentuknya es dan es kering selama proses likuifaksi.

Udara yang dimurnikan kemudian dilewatkan melalui penukar panas yang mencakup jaringan pipa yang membawa nitrogen cair. Udara dingin yang dimampatkan kemudian dibiarkan mengembang dengan cepat, sehingga mendingin lebih jauh hingga -200 ° C, di mana sebagian besar udara dicairkan. Udara yang dicairkan kemudian diteruskan ke menara distilasi fraksional yang utamanya berisi tiga kolom distilasi.

Pemisahan udara yang dicairkan didasarkan pada perbedaan titik didih komponennya. Setelah udara yang dicairkan memasuki kolom distilasi pertama, suhu secara perlahan dinaikkan ke -176 ° C, yang menyebabkan nitrogen menguap dan keluar dari menara fraksionasi. Demikian pula, bila tingkat kemurnian yang diinginkan tercapai, gas juga dapat dikeluarkan dari kolom fraksionasi dan dapat disuplai ke konsumen secara langsung dalam bentuk gas atau disimpan sementara dalam tangki dalam bentuk cair.

4. Pembuatan Parfum

Aroma alam telah lama menjadi bagian dari pakaian manusia, tetapi pernahkah kita bertanya-tanya bagaimana aroma dari bunga dan tanaman ini bisa menempel di pakaian kita? Keseluruhan proses tersebut dikenal dengan nama ekstraksi wewangian di sektor industri. Hal ini mengacu pada proses pemisahan senyawa aromatik dari bahan mentah, menggunakan metode seperti distilasi, ekstraksi pelarut, ekspresi, pengayakan, atau enfleurage. Hasil ekstraknya adalah minyak esensial, murni, dan konsetrat lainnya.

Minyak esensial mentah diekstraksi dari berbagai tanaman seperti mint, cengkeh, pohon teh, dan nilam. Peran utama kolom fraksionasi dalam industri wewangian adalah mengolah minyak atsiri menjadi bahan kimia isolat dan aroma dengan tingkat kemurnian yang tinggi. Melalui penggunaan kolom fraksinasi, fraksi berbeda yang didistilasi dari suatu bahan dapat dipilih secara diselektif untuk memanipulasi aroma produk akhir.

5. Dalam Pembuatan Semikonduktor Silikon Kemurnian Tinggi

Silikon adalah salah satu elemen semikonduktor paling melimpah yang ada di dunia. Unsur ini ditemukan di bebatuan, pasir, lempung, dan tanah, dikombinasikan dengan oksigen sebagai silikon dioksida atau dengan oksigen dan unsur lain sebagai silikat. Pada skala industri, kualitas silikon yang paling rendah adalah silikon kelas metalurgi (metallurgical grade silicon, atau MGS). Sumber bahan pembuatan MGS adalah kuarsit (batuan silikon oksida murni). Selama produksi, silikon dimurnikan dengan menghilangkan oksida. Hal ini dilakukan dengan memindahkan kuarsit ke dalam tungku yang dilebur menggunakan elektroda. Kuarsit dipanaskan hingga suhu 1900 ° C dan kemudian dicampur dengan karbon sehingga oksigen meninggalkan tungku sebagai karbon monoksida.

Silikon cair kemudian diambil dari tungku dan kemudian dimurnikan lebih lanjut. Serbuk MSG diekspos dalam reaktor dengan HCl pada suhu tinggi dan dengan adanya katalis. Silikon bereaksi dengan HCl dan membentuk trichlorosilane SiHCl₃. TCS dicairkan dan kemudian dilewatkan melalui menara distilasi fraksional dimana pengotor dihilangkan berdasarkan titik didihnya. Material polikristalin inilah yang kemudian digunakan sebagai bahan baku pembentukan material kristal tunggal yang diolah menjadi wafer semikonduktor. Pengaruh kuat pada karakteristik listrik semikonduktor yang ditunjukkan oleh sejumlah kecil pengotor mensyaratkan bahwa bahan baku curah memiliki kemurnian yang sangat tinggi (> 99,9999%).

6. Industri Farmasi

Industri farmasi juga sangat bergantung pada distilasi fraksional. Dalam pembuatan bahan aktif farmasi, pertukaran pelarut atau perubahan pelarut memainkan peran yang sangat penting. Pertukaran pelarut dilakukan untuk menghilangkan pelarut asli yang digunakan pada langkah pemrosesan sebelumnya dan menggantinya dengan pelarut yang lebih sesuai pada langkah pemrosesan berikutnya. Ini dicapai dengan distilasi fraksional. Pelarut penukar dicampur dengan campuran pelarut asli dan kemudian dimasukkan ke kolom fraksionasi.

Pelarut asli didistilasi dan dapat dikumpulkan di bagian atas kolom fraksionasi, sedangkan pelarut penukar bersama dengan bahan aktif farmasi dikumpulkan di bagian bawah. Operasi pertukaran pelarut dapat dioptimalkan dengan mengurangi jumlah pelarut yang digunakan dan meminimalkan konsumsi energi sambil mempertahankan pemurnian yang sama. Hal ini dapat dicapai dengan pengukuran konsentrasi pelarut secara real-time selama pertukaran. Di apotek, distilasi fraksional memainkan beberapa peran penting lainnya termasuk pemisahan alkana, pembuatan larutan alkohol tingkat farmasi.