REACTOR: JOURNAL OF RESEARCH ON CHEMISTRY AND ENGINEERING – VOL. 3 NO. 1 (2022) 1-9
Available online at: http://reactor.poltekatipdg.ac.id/

## R E A C T O R
Journal of Research on Chemistry and Engineering
|    ISSN Online 2746-0401    |
Pemisahan  Butanol  dari  Campuran ABE  Menggunakan Software  Aspen  Plus :

## Pengaruh Refluks Rasio terhadap Kandungan Butanol
Dennis Farina Nury, Pramahadi Febriyanto, Lisa Anggraini Ismi, Rahmat Taufik Hidayah
Program Studi Teknik Kimia, Institut Teknologi Sumatera, Lampung Selatan, 35265, Indonesia

## ARTICLE INFORMATION

## A B S T R A C T
Received: May 17, 2022 Revised: June 20, 2022 Available online: June 30, 2022 Production  of  acetone-butanol-ethanol  (ABE)  through  the  fermentation process is one alternative that needs to be developed. Less economical in the ABE fermentation process is the difficulty of the separation process from the fermentation  product  and  the  by-products  of  the  reaction.  Among  the separation process methods, such as extraction, distillation, adsorption, and gas stripping, the distillation method is still the most widely used method in the  ABE  separation  process.  The  purpose  of  this  study  was  to  provide recommendations  for  predicting  good  ABE  separation  and  producing optimum operating conditions to produce high % butanol content. Which is then simulated using Aspen Plus V11 software. This study varied the reflux ratio in the distillation column and the decanter operating temperature. The results showed that butanol purity reached 90.33% in the radfrac 1 column operated at a pressure of 1.3 atm with a reflux ratio of 5, the location of the 7th feed stage and the number of stage s 11. Then proceed to the purification stage in the radfrac column 2 which is operated at a pressure of 2 atm with a reflux ratio of 5, the location of the 4th stage feed and the number of stage s 5. The decrease in the reflux ratio of the radfrac column causes a decrease in the butanol content at the bottom so that the purity of butanol also decreases and decreases % recovery or recovery of butanol. This is also followed by the  location  of  the feed stage ,  which  is  getting  higher,  and  the  number  of stage s is increasing.

## KEYWORDS
ABE  Fermentation,  Aspen  Plus,  Purity, Recovery Butanol, Reflux Ratio

## CORRESPONDENCE
Name: Dennis Farina Nury E-mail: dennis.nury@tk.itera.ac.id

## PENDAHULUAN
Bahan  bakar  fosil  semakin  meningkat  penggunaannya seiring  dengan  berkembangnya  kemajuan  transportasi dan aktivitas industri. Hal ini mengakibatkan  munculnya permasalahan lingkungan terkait dengan emisi gas buang seperti  partikulat,  gas  CO 2 ,  CO,  hidrokarbon,  NO x dan SO 2 [1].  Pemakaian  bahan  bakar  fosil  sebagai  sumber energi  utama  dunia  berkepanjangan  juga  dapat meningkatkan  konsentrasi  CO 2 di  atmosfer  dan berdampak  pada global  warming .  Pemakaian  bahan bakar  fosil  menyumbang  30-40%  dari  pencemaran  gas CO 2 [2]. Selain itu, bahan bakar fosil merupakan sumber daya  alam  yang  dalam  penggunaannya  harus  dibatasi, sebab bahan bakar ini tidak dapat diperbarui.
Untuk mengatasi masalah ini, semakin dipertimbangkan sebagai  aditif  bahan  bakar  untuk  menggantikan  etanol. Butanol  merupakan  zat  yang  ramah  lingkungan  karena mudah  untuk  diproduksi  melalui  proses  fermentasi (biobutanol)  dari  bahan  alami.  Butanol  memiliki beberapa  keunggulan  dibandingkan  etanol,  diantaranya butanol  memiliki  panas  penguapan  yang  lebih  rendah, tekanan  uap  yang  lebih  rendah.  nilai  oktan  yang  lebih tinggi  dan energy  density (energi/volume)  yang  lebih tinggi dibandingkan etanol   [3]. Butanol  memiliki  lebih banyak  sifat  seperti  bensin  daripada  etanol  dan  kurang larut  dalam  air  daripada  etanol,  memungkinkan campuran    yang  lebih  stabil  dengan  bensin  [1].  Proses pembuatan butanol dari fermentasi ABE masih memiliki kendala  yaitu  besar yield dan  konsentrasi  butanol  yang rendah. Sehingga perlu dilakukan pengembangan dalam proses pemisahan dan pemurnian butanol [3].
Selama  20  tahun  terakhir,  peneliti  telah  melakukan berbagai  simulasi  percobaan  untuk  meningkatkan efisiensi  fermentasi  ABE.  Diantara  simulasi  yang digunakan  pada  produk  atas  adalah  biokimia  dan mikroorganisme,  sedangkan  pada  produk  bawah  yaitu ekstraksi,  distilasi,  adsorpsi,  serta gas  stripping .  Dari metode-metode tersebut, distilasi masih menjadi metode yang paling  banyak digunakan dalam proses  fermentasi ABE.  Distilasi  merupakan  proses  yang  sederhana  serta dapat  memperoleh  kemurnian  produk  yang  tinggi. Namun,  penggunaan  proses  distilasi  dalam  fermentasi ABE masih menjadi proses yang sangat langka [4].
Distilasi dideskripisikan sebagai sebuah menara pemisah antara dua atau lebih zat menjadi komponen fraksi yang murni.  Pemisahan  komponen-komponen  dalam  Menara distilasi  berdasarkan  pada  perbedaan  titik  didih  dari masing-masing  komponen.  Tekanan  uap  campuran berperan  penting  dalam  menara  distilasi.  Di  industri butanol,  menara  distilasi  adalah  elemen  terpenting  dari proses pemurnian campuran butanol-air yang dihasilkan dari proses fermentasi.
Fermentasi yang menghasilkan biobutanol biasa disebut fermentasi  aseton-butanol-etanol  (ABE)  karena  selain menghasilkan  butanol  juga  menghasilkan  aseton  dan etanol  sebagai  produk  utamanya.  Proses  tersebut menggunakan bakteri  tertentu  untuk  melakukan fermentasi  dari  karbohidrat  pati  dan  glukosa  guna memproduksi aseton, butanol dan etanol [5].
Secara  industri,  mikroorganisme  yang  paling  banyak digunakan  adalah  bakteri Clostridium  acetobutylicum dalam  kondisi  anaerob,  sebuah  bakteri  yang  dapat memfermentasi  karbohidrat  menjadi  produk  aseton, butanol, dan etanol yang diinginkan [6]. Bakteri tersebut termasuk  dalam  bakteri  mesofil  dengan  temperatur optimal  10-65°C  [3].  Biobutanol  yang  dibuat  dengan fermentasi  anaerobik  (tanpa  oksigen).  Fermentasi  ini menghasilkan aseton, butanol dan etanol (ABE), dengan rasio produk fermentasi ini biasanya 3:6:1 [7].
Proses  pemisahan  menggunakan  distilasi  dipengaruhi oleh  beberapa  variabel,  diantaranya  suhu,  tekanan, jumlah  tahapan,  letak  umpan  masuk  dan  rasio  refluks. Refluks  rasio  ditentukan  agar  menghasilkan  pemisahan campuran  yang  efektif  dan  efisien  [8].  Refluks  rasio diartikan  sebagai  rasio  jumlah  mol  uap  yang  diubah menjadi cairan kembali ke kolom distilasi dengan jumlah mol cairan yang diperoleh sebagai distilat dalam satuan waktu tertentu. Dengan bertambahnya nilai refluks rasio maka  jumlah  tahapan  yang  diperlukan  akan  semakin kecil,  dan  sebaliknya  semakin  kecil  nilai  refluks  rasio maka  jumlah  tahapan  yang  dibutuhkan  akan  semakin banyak  hingga  akhirnya  jumlah  tahapan  menjadi  tidak
terhingga [9]. Jumlah stage yang tidak terhingga berlaku pada nilai refluks rasio minimum. Ketika jumlah tahapan tidak terhingga maka konsentrasi komponen pada cairan dan  uap  tidak  mengalami  perubahan  [10].  Persamaan Underwood dapat  digunakan  untuk  menghitung  refluks rasio  minimum  (Rm)  yang  dinyatakan  sebagai  berikut [11]:
𝑅 𝑚 = 1 𝛼−1 [( 𝑋 𝐷 𝑋 𝐹 ) 𝐴 − 𝛼 ( 𝑋 𝐷 𝑋 𝐹 ) 𝐵 ] (1)
Keterangan:
(𝑥 𝑓 ) 𝐴 = Fraksi mol A dalam umpan (𝑥 𝑓 ) 𝐵 = Fraksi mol B dalam umpan (𝑥 𝐷 ) 𝐴 = Fraksi mol B dalam distilat (𝑥 𝐷 ) 𝐵 = Fraksi mol B dalam distilat α = Volatilitas relatif komponen A terhadap B
Campuran  ABE  mengandung  banyak  senyawa  polar, dengan demikian  menunjukkan perilaku non-ideal  yang kuat,  dengan  pasangan  komponen  juga  membentuk sistem  azeotropik.  Selain  itu,  n-butanol  dan  air menunjukkan kesenjangan miscibility , representasi yang benar adalah dasar untuk deskripsi yang tepat dari proses pemisahan. Oleh karena itu, model termodinamika harus dapat menggambarkan kondisi Kesetimbangan Uap-Cair (VLE) dan Kesetimbangan Cair-Cair (LLE) dengan baik [12].
Data  kesetimbangan  uap-cair  yang  dibutuhkan  dalam simulasi  ini  diestimasi  menggunakan modified aturan Roult  dengan  koreksi  ketidakidealan  dalam  fase  cair menggunakan  koefisien  aktivitas.  Koefisien  aktivitas fase  cair  untuk  solusi  campuran  non-ideal  harus diprediksi  bahkan  ketika  data  kesetimbangan  fase eksperimental  tidak  tersedia,  dan  asumsi  solusi  reguler tidak  valid  karena  komponen  polar  [13].  Model termodinamika  seperti Non  Random  Two  Liquid (NRTL),  Wilson,  UNIQUAC  ( Universal  Quasi- Chemical ) dan UNIFAC ( Universal  Functional  Activity Coefficient )  sering  digunakan  untuk  korelasi  VLE campuran non-ideal seperti alkohol-hidrokarbon. Model termodinamika  ini  membutuhkan  parameter  interaksi biner  tiap  pasangan  antar  molekulnya.  Ini  digunakan untuk campuran multikomponen [14].
Dalam  penelitian  menggunakna  model  termodinamika, Universal Functional-group Activity Coefficients (UNIFAC)  adalah  model  termodinamika  terbaru  yang berbasis  persamaan  UNIQUAC  dengan  menggunakan gugus  fungsi  suatu  molekul  yang  terdapat  dalam campuran  untuk  menghitung  koefisien  aktivitas  [15]. Dasar  utama  dari  model  ini  adalah  penggunaan  data kesetimbangan  fasa  yang  ada  untuk  memprediksi kesetimbangan fasa untuk sistem yang data eksperimennya tidak tersedia, dimana koefisien aktivitas
dalam  campuran  terkait  dengan  interaksi  kelompok struktur [16].
Model  termodinamika  UNIFAC  yang  dipilih  dalam simulasi ini, model ini memungkinkan prediksi koefisien aktivitas yang dapat diandalkan (termasuk larutan encer dan  beberapa  fase  cair),  panas  pencampuran,  dan komposisi  azeotropik.  Model  ini  juga  memiliki keunggulan dibandingkan metode lain karena [13],[16], :
• Parameter  ukuran  dan  interaksi  biner  tersedia untuk berbagai kelompok fungsional.
• Berkurangnya  kebutuhan  data  eksperimen (reduksi data) untuk memperoleh data koefisien aktivitas  untuk  memperoleh  parameter  sifat interaksi  antara  pasangan  gugus  struktur  dalam sistem nonelektrolit.
• Untuk  memprediksi  koefisien  aktifitas  untuk sistem  lain  yang  data  eksperimennya  tidak tersedia  namun  mengandung  grup  fungsional yang sama (prediksi).
Aspen  Plus adalah  perangkat  lunak  komputer  yang digunakan untuk memodelkan pabrik pemrosesan kimia secara  kuantitatif.  Secara  umum,  pabrik  pengolahan kimia  terdiri  dari  unit  reaktor  inti  dan  unit  operasi tambahan  yang  berbeda, dalam  bentuk  langkah pra dan pasca perawatan juga. Dalam hal ini, Aspen Plus adalah alat  yang  sangat  kuat  yang  dapat  digunakan  untuk menangani  berbagai  proses  kimia  dan  tugas  berbasis perhitungan  unit  operasi,  dalam  bentuk  pemodelan, simulasi,  optimasi,  regresi  data,  spesifikasi  desain, analisis sensitivitas, penanganan padatan, dinamika dan kontrol,  penghematan  energi,  kepatuhan  keselamatan, dan akhirnya analisis ekonomi proses [17].
Penelitian ini menggunakan kolom radfrac dikarenakan kolom  ini  berfungsi untuk fraksinasi 2 atau 3 fase yang teliti  untuk  kolom  tunggal,  modelnya  ada  absorber, stripper, dll. Sedangkan pemilihan dekanter dikarenakan keluaran  dari  kolom  1  ( radfrac )  berupa  fasa  cair-cair maka menggunakan decanter .

## METODOLOGI
Studi tentang me- recovery butanol melalui simulasi dan pemodelan  distilasi  kontinu  multikomponen  ABE  pada jenis  kolom sieve  tray difokuskan  pada  pengaruh  rasio refluks, jumlah tahapan dan letak umpan di antara faktor- faktor lainnya. Kondisi umpan dalam simulasi ini adalah tekanan  1,5  atm  dengan  laju  alir  massa  sebesar  5000 kg/jam dan umpan masuk dalam keadan q = 1 ( saturated liquid ).  Komposisinya  terdiri  dari  aseton  14%wt,  n- butanol 36%wt, etanol 3%wt, air 47%wt yang didapatkan dari  penelitian  John  A.  Marlatt  dan  Rathin  Datta  yang berjudul  “ Acetone‐Butanol  Fermentation  Process
Development  and Economic Evaluation ” [18]. Simulasi dilakukan menggunakan Aspen Plus V11 dengan model termodinamika UNIFAC. Model UNIFAC dipilih karena koefisien  aktivitas  campuran  yang  dicari  bersifat  non- elektrolit  pada  temperatur  menengah  300-425  K,  dan sesuai untuk sistem dengan sedikit data eksperimen [19].
Dalam  simulasi  ini,  alat  pemisahan  yang  digunakan adalah 2 kolom distilasi ( radfrac ) dan 1 dekanter. Kolom radfrac 1  bertujuan  untuk  memisahkan  aseton-etanol (AE)  sebagai  distilat  dan  n-butanol-air  (BW)  sebagai produk bawah. Selanjutnya untuk memisahkan campuran n-butanol-air (BW), yang membentuk azeotrop heterogen  menggunakan decanter pada  suhu  operasi 50°C.  Kemudian  akan  lanjut  ke  tahap  pemurnian  n- butanol  sebagai  produk  dasar  menggunakan  kolom distilasi jenis radfrac.
Sebelum  menggunakan  kolom radfrac ,  perlu  dilakukan trial  error menggunakan  kolom  DSTWU  agar mengetahui  berapa  jumlah  tahapan  dan  dimana  letak tahap umpan  yang  ideal. Sehingga dapat dilanjutkan ke tahap  selanjutnya  menggunakan  kolom radfrac atau kolom distilasi  yang sebenerarnya dengan  memasukkan data yang diperoleh dari trial error menggunakan kolom DSTWU. Metode trial error pada simulasi ini bertujuan untuk  mendapatkan  data  input  kolom radfrac yang dibutuhkan.  Dimana  data  tersebut  bisa  didapatkan dengan metode trial error menggunakna kolom DSTWU. Data  yang  dibutuhkan  adalah  jumlah stage yang dibutuhkan,  lokasi  umpan  ideal  dan  spesifikasi  operasi ( distillate to feed ratio ).
Hasil  simulasi  menggunakan Radfrac akan  dilanjutkan dengan menganalisa hasil semua aliran output dari semua alat  simulasi.  Hasil  dari  analisis  ini  adalah  % recovery butanol, kandungan butanol dan kemurnian butanol dari berbagai kondisi operasi. Dengan cara  membandingkan hasil  analisis  dengan  variasi  refluks  rasio  dan  lokasi umpan  masuk.  Maka  pertimbangan  inilah  yang  akan menjadi  rekomendasi  untuk  prediksi  pemisahan  ABE yang baik.
Tabel 1. Variabel Penelitian
No.  Kolom 1 Kolom 2 1. light component adalah etanol (0,99) light component adalah etanol (0,73) 2. heavy component adalah butanol (0,01) heavy component adalah butanol (0,27) 3. Refluks  rasio:  1,  2,  3, 4, 5 Refluks  rasio:  1,  2,  3, 4, 5 4. Lokasi umpan masuk: n, n+1, n-1 Lokasi umpan masuk: n, n+1, n-1
Dalam  penelitian  ini  dilakukan  variasi  refluks  rasio dimana  variasi  ini  akan  berpengaruh  besar  pada
komposisi keluaran distilasi, seperti yang tersajikan pada tabel  1  diatas.  Dan  dapat  dilihat  pada  gambar  1  yang merupakan diagram alir simulasi ini.
Mulai Membuka Software Aspen Plus V11 dan pilih Blank Simulation Percobaan trial error menggunakan kolom DSTWU
Simulasi sebenarnya menggunakan Radfrac Decanter Hasil simulasi:  refluks minimum, jumlah stage dan lokasi umpan masuk Input  komponen, kondisi umpan dan model termodinamika UNIFAC Dari semua variasi refluks operasi didapatkan hasilnya? Input  komponen, kondisi umpan dan model termodinamika UNIFAC Ya Tidak Sudah mendapatkan data trial eror DSTWU, untuk kolom Radfrac 2 Melanjutkan simulasi Radfrac 2 Ya Tidak Hasil simulasi kondisi dan komposisi seluruh aliran Lakukan analisis Hasil analisis Selesai

## Gambar 1. Diagram Alir Simulasi ABE

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan  simulasi  pengaruh  refluks  rasio  dan  letak feed stage terhadap kemurnian dan % recovery n-butanol didapatkan  hasil  sebagai  berikut.  Jumlah  tahapan  yang ditentukan  dalam  penelitian  ini  adalah  jumlah  tahapan teoritis, yang dikorelasikan dengan jumlah tahapan yang sebenarnya dengan cara trial error menggunakan kolom DSTWU.  Dalam  penyelesaiannya  akan  diaplikasikan dalam  kolom radfrac kemudian  dilanjutkan  separasi menggunakan dekanter. Selanjutnya ke tahap pemurnian dengan kolom radfrac . Diagram proses dari simulasi ini dapat dilihat pada gambar 2 berikut ini.

## Kolom Radfrac 1
Dalam simulasi trial error dihasilkan jumlah stage , letak feed stage dan  D/F  yang  diperlukan  untuk  mengisi spesifikasi pada kolom distilasi radfrac . Variasi refluks rasio,  jumlah stage dan  letak feed  stage menghasilkan kemurnian dan % recovery n-butanol yang berbeda-beda. Hasil  simulasi  pada  kolom  distilasi  1  jenis radfrac ini dapat  dilihat  pada  tabel  2.  Berdasarkan  hasil  simulasi, refluks rasio dan  letak feed stage berpengaruh terhadap kandungan dan % purity butanol.
Tabel 2. Hasil Simulasi Kolom Radfrac 1 Refluks Rasio %Purity butanol Kandungan butanol (kg/jam) Feed Stage Jumlah stage 1 42,5 1768,26 7 14 1 42,4 1766,59 8 14 1 42,3 1763,84 9 14 2 42,9 1778,99 6 13 2 42,9 1779,16 7 13 2 42,8 1778,20 8 13 3 43,1 1784,47 6 12 3 43,1 1784,70 7 12 3 43,0 1783,56 8 12 4 43,2 1787,08 6 11 4 43,2 1787,09 7 11 4 43,1 1785,24 8 11 5 43,3 1789,38 6 11 5 43,3 1789,61 7 11 5 43,2 1788,25 8 11
Gambar 2. Hubungan kandungan butanol dan purity butanol terhadap feed stage kolom 1
Gambar  3  di  atas  menunjukkan  bahwa  semakin  tinggi refluks  rasio  maka  semakin  banyak  pula  butanol  yang dapat  dipisahkan  dari  campuran  ABE  pada  kolom distilasi (ditarik garis ke sebelah kiri grafik). Karena nilai refluks  rasio  ini  mempengaruhi  konsentrasi  distilat ( overhead )  dan  kebutuhan  panas  kolom  distilasi.  Hasil yang  sama  pula  didapatkan  pada  penelitian  Fitriana, semakin besar refluks rasio, maka pengaruhnya terhadap konsentrasi  distilat  semakin  tinggi  [20]. Hal  ini menyebabkan  campuran  aseton  dan  etanol  terpisah semakin  banyak  dari  butanol  dengan  tingginya  refluks rasio.

## Gambar 3. Diagram Proses Simulasi ABE (Aspen Plus V11)
Dimana aseton dan etanol terkumpul sebagai distilat dan butanol  menjadi  produk  bawahnya.  Sehingga  fraksi distilat  yang  dihasilkan  akan  memiliki  karakteristik berbeda  sesuai  dengan  jenis  dan  kemurnian  komponen yang terdapat dalam distilat tersebut, begitu pula dengan butanol  yang  terkumpul  di  produk  bawah.  Dan  lokasi feed  stage ini  akan  mempengaruhi  kandungan  butanol dan  refluks  rasio.  Cara  penyajian  gambar  dapat  dilihat pada Gambar 1. Apabila gambar tersebut adalah sumber sekunder maka perlu disebutkan sumbernya. Keterangan gambar  diletakan  pada  bagian  bawah  gambar.  Gambar tidak perlu dibingkai.
Dalam  menentukan  letak feed  stage dapat  digunakan persamaan Kirkbride, sebagai berikut [21]:
log ( 𝑁𝑟 𝑁𝑠 ) = 0,206 𝑥 log [( 𝐵 𝐷 ) ( 𝑥 𝐻𝐾,𝐹 𝑥 𝐿𝐾,𝐹 ) ( 𝑥 𝐿𝐾,𝐵 𝑥 𝐻𝐾,𝐷 ) 2 ] (2)
Keterangan:
B
= Laju alir molar bottom (Kmol/jam) D
= Laju alir molar distilat (Kmol/jam)
Xlk, F  = Fraksi mol light key di feed Xhk, F  = Fraksi mol heavy key di feed Xlk, B  = Fraksi mol light key pada bottom Xhk, D  = Fraksi mol heavy key pada Distilat Nr = Number of stage di atas feed
Ns = Number of stage di bawah feed
Pada  persamaan  diatas  menunjukkan  bahwa  letak feed stage itu  dipengaruhi  oleh  laju  alir  molar bottom dan distilat, serta fraksi mol heavy key dan light key pada feed , bottom dan distilat. Maka jika memvariasikan letak feed stage nya  maka  itu  akan  berpengaruh  dan  mengubah kandungan  butanol  di bottom dan  distilat  pada  kolom distilasi.
Pada  gambar  3  di  atas  menunjukkan  semakin  tinggi refluks  rasio  maka  letak feed  stage akan  semakin turun dengan  diikuti  banyaknya  kandungan  butanol  yang terpisah.  Hal  yang  sama  dengan  penelitian  Chairul Irawan,dkk  dimana  refluks  rasio  akan  turun  dengan naiknya  letak feed  stage [22].  Kandungan  butanol
mengalami kenaikan jika feed stage diturunkan sebesar 1 stage dari feed stage idealnya, sedangkan kenaikan feed stage akan  mempengaruhi  kandungan  butanol  menjadi lebih  sedikit  dari  kandungan  butanol  pada feed  stage yang  telah  ditentukan  oleh  alat  simulasi Aspen  Plus. Namun,  perlu  diperhatikan  bahwa  kenaikan  nilai kandungan  butanol  akibat  perubahan feed  stage hanya sedikit  sekali.  Lokasi  yang  tepat  dari  titik  umpan mempengaruhi  jumlah  tahapan  yang  diperlukan  untuk pemisahan dalam kolom dan operasi selanjutnya. Dalam ketentuan  umum,  umpan  harus  memasuki  kolom  pada tahapan yang paling tepat antara komposisi umpan (uap dan  cairan  dua  fase)  dan  aliran  uap  dan  cairan  dalam kolom [23].
Berdasarkan  hasil  simulasi  maka  didapatkan  bahwa kondisi  operasi  pada  kolom  1  paling  baik  adalah  pada refluks rasio 5, dengan letak feed stage ke-7 dan jumlah stage sebanyak 11 stages yang menghasilkan kandungan butanol sebanyak 1789,61 kg/jam.  Berdasarkan gambar 3 terdapat gambar hubungan purity butanol terhadap feed stage dari  variasi  refluks  rasio  (ditarik  garis  ke  sebelah kanan  grafik)  yang  menujukkan  bahwa  semakin  tinggi refluks rasio maka kemurnian atau % purity butanol akan semakin  tinggi.  Namun  tidak  dengan letak  feed  stage , dimana  letak feed  stage ideal  disetiap  variasi  refluks rasiolah (sesuai trial kolom DSTWU) yang paling tinggi % purity butanolnya.  Dimana  % purity butanol  ini merupakan  persentase  hasil  kemurnian  butanol  (produk bawah)  terhadap  total  keluaran  komponen  pada  produk bawah, seperti persamaan rumus di bawah ini.
%𝑝𝑢𝑟𝑖𝑡𝑦 butanol = komponen butanol produk bawah total komponen produk bawah 𝑥 100%
(3)
Gambar  3  menunjukkan  pada  kolom radfrac 1  yang memiliki  kemurnian  tertinggi  yaitu  sebesar  43,2% dengan kondisi operasi refluks rasio 5 letak feed stage ke- 7  dan  jumlah stage 11.  Sementara  untuk  kemurnian terendah  yaitu  sebesar  42,2%  dengan  kondisi  operasi refluks rasio 1,  letak feed stage 9 dan  jumlah stage 14.
Dalam  hal  ini,  perubahan feed  stage terhadap  hasil % purity butanol hanya berpengaruh sedikit.
Gambar 4. Hubungan %recovery butanol terhadap refluks rasio kolom 1
Berdasarkan  hasil  simulasi  pada  gambar  4,  % recovery butanol paling tinggi disetiap refluks rasio terdapat pada kondisi  idealnya  (asli  sesuai  simulasi  DSTWU). Sehingga  pada  gambar  4  yang  merupakan  gambar hubungan  refluks  rasio  dan  % recovery butanol  dibuat untuk  menunjukkan  bahwa  peningkatan  refluks  rasio akan  mempengaruhi  nilai  persentase recovery butanol menjadi lebih besar dan perubahan letak feed stage dari kondisi  ideal  akan  menjadikan  % recovery butanol menjadi  lebih  sedikit.  Dimana  % recovery butanol  ini adalah hasil pemulihan butanol dari butanol yang keluar sebagai bottom produk terhadap kandungan butanol pada umpan, seperti persamaan rumus di bawah ini.
%𝑟𝑒𝑐𝑜𝑣𝑒𝑟𝑦 butanol = komponen butanol produk bawah komponen butanol pada umpan x 100%
(4)
Pada refluks rasio 5, jumlah stage 11, dan letak feed stage ke-7 besar recovery butanol  mencapai 99,42%. Refluks rasio 5 ini terpilih dikarenakan, pada refluks rasio ini lah kandungan  butanol  yang  paling  banyak.  Hal  ini dikarenakan  tinggi  refluks  rasio  menyebabkan  semakin banyak  distilat  yang  terakumulasi  pada  bagian  atas kolom,  sehingga  mendukung recovery butanol  yang semakin  tinggi.  Dimana  refluks  rasio  1  dibandingkan refluks  rasio  2,  begitu  pula  dengan  refluks  rasio  2 menghasilkan recovery butanol  yang  lebih  rendah dibandingkan  refluks  rasio  3,  dan  seterusnya.  Rasio refluks  yang  terlalu  kecil  berdampak  akan  terjadinya pemisahan  komponen  yang  tidak  tepat,  sehingga menghasilkan  fraksi  yang  belum  murni  sebab  masih mengandung  komponen  lain  yang  tidak  diinginkan. Sedangkan  rasio  refluks  yang  terlalu  besar  akan menghasilkan  pemisahan  komponen  yang  berlangsung lambat dan tidak efisien, walaupun mampu menghasilkan kemurnian komponen yang tinggi [24].

## Kolom Radfrac 2
Selanjutnya dari kolom radfrac 1 akan dialirkan menuju decanter untuk  dilakukan  pemisahan  antara  butanol-air berdasarkan  prinsip  sentrifugal.  Aliran  keluar  dari decanter yang  beroperasi  pada  suhu  50°C  dengan komposisinya  berisi  aseton  0,002%wt  ;  n-butanol  0,76 %wt  ;  etanol  0,018%wt  dan  air  0,22%wt  akan diumpankan ke kolom distilasi radfrac 2. Dimana pada kolom radfrac 2  dilakukan  tahap  pemurnian  butanol. Dalam tahap pemurnian butanol yang menjadi light key adalah  air  dan heavy  key adalah  butanol.  Pertama-tama perlu  dilakukan trial  error menggunakan  kolom DSTWU sehingga menghasilkan jumlah stage , letak feed stage dan D/F yang diperlukan untuk mengisi spesifikasi pada kolom radfrac 2. Hasil simulasi pada kolom radfrac 2 dapat dilihat pada tabel 3 di bawah ini.
Tabel 3. Hasil Simulasi Kolom Radfrac 2 Refluks Rasio %Purity butanol Kandungan butanol (kg/jam) Feed Stage Jumlah Stage 1 90,19 1177,80 5 6 1 90,03 1176,27 6 6 1 90,02 1175,92 7 6 2 90,29 1179,08 5 6 2 90,11 1176,58 6 6 2 90,12 1176,76 7 6 3 90,30 1178,75 4 5 3 90,17 1177,25 5 5 3 90,23 1177,74 6 5 4 90,29 1179,08 4 5 4 90,22 1178,24 5 5 4 90,26 1178,25 6 5 5 90,33 1179,32 4 5 5 90,22 1178,25 5 5 5 90,26 1178,69 6 5
Gambar 5. Hubungan kandungan butanol purity butanol terhadap feed stage kolom 2
Dari gambar 5 di atas menunjukkan bahwa penambahan dan  pengurangan  letak feed  stage sebesar  1 stage dari nilai  idealnya  (dari  simulasi trial dengan  kolom
DSTWU)  akan  mempengaruhi  kandungan  butanol (ditarik garis ke sebelah kiri grafik). Sedangkan pengaruh refluks  rasionya  tidak  dapat  diprediksi  karena  semakin tinggi  refluks  tidak  menandakan  semakin  tinggi kandungan  butanol  terus  menerus.  Terdapat  perbedaan yang signifikan pada saat setiap variasi refluks rasio. Saat refluks  rasio  1,  jumlah stage 6  dan  letak feed  stage 5 kandungan  butanol  sebanyak  1177,80  kg/jam.  Saat refluks  rasio  2,  jumlah stage 6  dan  letak feed  stage 5 kandungan  butanol  sebanyak  1179,08  kg/jam.  Saat refluks  rasio  3,  jumlah stage 5,  dan  letak feed  stage 5 kandungan  butanol  sebanyak  1177,25  kg/jam.  Saat refluks  rasio  4,  jumlah stage 5  dan  letak feed  stage 5 kandungan  butanol  sebanyak  1178,24  kg/jam.  Dan  saat refluks  rasio  5,  jumlah stage 5  dan  letak feed  stage 5 kandungan  butanol  sebanyak  1178,25.  Hal  ini menunjukkan  naik  turun  kandungan  butanol  yang tidak terbaca.  Hal  ini  menunjukkan  kesulitan  dalam  tahap pemurnian  butanol,  karena  adanya  azeotropik  pada campuran  butanol-air.  Dengan  naiknya  refluks  rasio menunjukkan  bahwa  semakin  banyak  butanol  yang teramakumulasi menjadi distilat. Bukan menjadi produk bawahnya.  Namun  dari  keadaan  ideal  tersebut  yang paling  banyak  memisahkan  butanol  dari  campuran tersebut adalah saat refluks rasio 5,  jumlah stage 5 dan letak feed stage 4 dengan kandungan butanol yang tinggi sebanyak 1179,32 kg/jam, sehingga hal ini menjadikannya  kondisi  operasi  yang  paling  baik  untuk kolom 2.
Untuk  pengaruh  perubahan  letak feed  stage ,  saat pengurangan  letak feed  stage ideal  akan  membuat kandungan  butanol  semakin  sedikit.  Hal  ini  berbeda dengan hasil yang didapatkan pada simulasi kolom 1. Hal sebaliknya terjadi pada kolom 2 di tahap pemurnian ini, dimana  komponen  dominannya  adalah  butanol  dan sedikit air, serta sebagian kecil aseton dan etanol. Untuk refluks  rasio  3,4  dan  5  tidak  memungkinkan  untuk penambahan  letak feed  stage karena  letak feed  stage idealnya (5) berada pada jumlah stage maksimumnya (5), sehingga pengaruh terhadap penurunan  letak feed  stage menyebabkan  peningkatan  jumlah  kandungan  butanol. Namun  untuk  refluks  rasio  dengan  jumlah stage 5  dan letak feed  stage 4  yang  terdapat  kandungan  butanol tertinggi  dari  semua  variasi  variabel  refluks  rasio  dan letak feed stage . Hal  ini dikarenakan refluks rasio akan turun dengan naiknya letak feed stage sampai pada letak feed stage tertentu, kemudian nilai refluks rasio akan naik kembali.  Hal  ini  tergantung  dari  komposisi  dan ketidakidealan  campuran  (butanol-air),  sehingga  letak feed  stage sangat  berpengaruh  terhadap  refluks  rasio. Letak feed stage ini mempengaruhi kesetimbangan uap- cair  (VLE)  dalam  kolom  setiap stage .  Refluks  rasio minimum  yaitu  1  terletak  pada stage ke-7,  sedangkan letak feed stage yang optimum yaitu 4 ditunjukkan oleh
refluks rasio 5 dan kandungan butanol yang paling tinggi untuk jumlah stage 5.
Gambar  5  di  atas  menunjukkan  bahwa  perubahan feed stage berpengaruh  pada  nilai  % purity butanol  (ditarik garis  ke  sebelah  kanan  grafik).  Dari  gambar  di  atas, menurunkan letak feed stage sebesar 1 stage dari posisi awal akan meningkatkan purity butanol. Tetapi kembali lagi bahwa % purtity ini bergantung terhadap kandungan butanol  pada  produk  bawah.  Berdasarkan  gambar  5, kandungan  butanol  yang  paling  tinggi  adalah  pada refluks rasio 2, jumlah stage 6 dan letak feed stage ke-5 yaitu sebesar 1179,08 kg/jam. Dan untuk % purity yang dihasilkan yaitu sebesar 90,3%.
Dari  gambar  6  di  atas  menunjukkan  bahwa  dengan menurunkan feed stage akan  meningkatkan  nilai %recovery  butanol.  Hal  ini  dikarenakan  %recovery  ini bergantung  pada  kandungan  butanol  keluar  sebagai produk  bawah  terhadap  kandungan  butanol  sebagai umpan.  %recovery  butanol  yang  dihasilkan  akan meningkat  seiring  dengan  bertambahnya  refluks  rasio. Namun, peningkatan %recovery butanol tidak menunjukkan gambar yang signifikan.
Gambar 6. Hubungan %recovery butanol terhadap feed stage kolom 2
Hal  ini  dibuktikan  dengan  adanya  penurunan  nlai kandungan  butanol pada refluks rasio 3. Dan kemudian meningkat  lagi  pada  refluks  rasio  4  dan  5.  Sehingga %recovery butanol yang didapatkan pada refluks rasio 5 dengan  jumlah stage 5  dan  letak feed stage ke-4  yaitu sebesar 73,82%.

## KESIMPULAN
Kesimpulan dari penelitian simulasi pemisahaan butanol dari campuran ABE menggunakan software Aspen Plus V11 ini, diantaranya:
1. Penentuan refluks rasio kolom radfrac mempengaruhi  banyaknya  kandungan  butanol yang terkumpul di distilat. Hal  ini ditunjukkan pada  refluks  rasio  5  kolom radfrac 1  yang menghasilkan kandungan utanol sebesar
1789,61  kg/jam  dan  kolom radfrac 2 menghasilkan 1179,32 kg/jam.
2. Penentuan letak feed stage dipengaruhi oleh laju alir molar dan fraksi mol komponen heavy dan light  key pada feed , bottom dan  distilat.  Dan pada letak feed stage ideallah yang paling tepat untuk kolom pemisahan.
3. Kondisi  optimum  simulasi  pemisahan  butanol menjadi 90,33% adalah:
• Kolom radfrac 1  dioperasikan  pada tekanan  1,5  atm  dengan  refluks  rasio  5, letak feed stage ke-7 dan jumlah stage 11.
• Kolom radfrac 2  dioperasikan  pada tekanan 2 atm dengan refluks rasio 5, letak feed stage ke-4 dan jumlah stage 5.
4. Penurunan  refluks  rasio  kolom radfrac menyebabkan:
• Penurunan kandungan butanol pada bottom sehingga kemurnian butanol ikut berkurang dan menurunnya % recovery atau pemulihan butanol.
• Kenaikan letak feed stage dan bertambahnya  jumlah stage .  Kesimpulan ini dimaksudkan untuk menjawab masalah atau  tujuan  penelitian.  Ini  bukan  hanya ringkasan  dari  topik  utama  yang  dibahas atau  pernyataan  ulang  masalah  penelitian Anda, tetapi juga sebuah sintesis dari poin- poin  utama  dan  dapat  diterapkan  dimana Anda  merekomendasikan  area  baru  untuk penelitian di masa depan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] R.  R.  Ginting,  “Pengukuran  dan  Korelasi Kesetimbangan  cairan  -  cairan  sistem  terner dimethyl  carbonat  +  butanol  +H 2 O  pada  303.15- 313.15 k dan tekanan amosferik,”
Thesis.Surabaya    Inst.  Teknol.  Sepuluh  Nop. ,
2016.
[2] Sulistyono, “Pemanasan Global ( Global Warming ) Dan Hubungannya Dengan
Penggunaan  Bahan  Bakar  Fosil,” J.  Forum Teknol. , vol. 02, no. 2, pp. 47–56, 2012.
[3] M.  N.  Nurul  Qomariyah,  Karina  Dania  Agusta, Lesya Agness Khayatun Yuditya, Nanda Andrian Hidayah,  “Laporan  Akhir  Program  Kreativitas Mahasiswa  Biobutanol  Dari  Limbah  Tahu:
Alternatif  Aditif  Pada  Bensin  Sebagai  Biofuel Indonesia,” Inst. Pertan. BOGOR , pp. 1–16, 2013.
[4] L. Pudjiastuti et al. , “ Modelling and simulation of multicomponent acetone-butanol-ethanol distillation  process  in  a  sieve  tray  column ,” Heliyon ,  vol.  7,  no.  4,  p.  e06641,  2021,  doi: 10.1016/j.heliyon.2021.e06641.
[5] L.  S.  Achmad  Mostafa,  E.Gumbira  Sa’id,  Ono Suparno, “Metode Pemisahan Campuran Aseton- Butanol-Etanol Hasil  Fermentasi Secara Distilasi Bertingkat.”  Fakultas  Teknologi  Pertanian  IPB Bogor.
[6] I.  Patraşcu,  C. S.  Bîldea,  and  A.  A.  Kiss,  “ Eco- Efficient  Butanol  Separation  In  The  Abe Fermentation Process ,” Sep. Purif. Technol. , vol. 177, pp. 49–61, 2017, doi: 10.1016/j.seppur.2016.12.008.
[7] N. Qureshi and H. P. Blaschek, “ Recent advances in  ABE  fermentation:  Hyper-butanol  producing Clostridium beijerinckii BA101 ,” J. Ind. Microbiol.  Biotechnol. ,  vol.  27,  no.  5,  pp.  287– 291, 2001, doi: 10.1038/sj.jim.7000114.
[8] I.  J.  Sidabutar,  A.  Widyasanti,  S.  Nurjanah,  B. Nurhadi,  T.  Rialita,  and  E.  Lembong,  “Kajian Rasio  Refluks  Pada  Isolasi  Beberapa  Senyawa Minyak  Nilam  ( Pogostemon  Cablin  Benth ) Dengan  Metode  Distilasi  Fraksinasi,” J.  Ilm. Rekayasa  Pertan.  dan  Biosist. ,  vol.  8,  no.  1,  pp. 71–78, 2020, doi: 10.29303/jrpb.v8i1.160.
[9] R.  K.  Sinnott,  Chemical  Engineering  Design Volume  6  4th  edition,  4th  ed.  Oxford:  Elsevier Butterworth-Heinemann., 2005.
[10]  Christie  J.  Geankoplis,  Transport  Processes  and Unit Operations, Third Edit., vol. 49, no. 9. 1994.
[11]  T.  K.  D.  C.  freshwater  Ross,  Chemical Engineering  Data  Book.  Leonard  Hill  (Books) Limited, London, 1958.
[12]  G.  Lodi,  G.  De  Guido,  and  L.  A.  Pellegrini, “ Simulation  and  energy  analysis  of  the  ABE fermentation  integrated  with  gas  stripping ,” Biomass  and  Bioenergy ,  vol.  116,  no.  June,  pp. 227–235, 2018, doi: 10.1016/j.biombioe.2018.06.012.
[13]  E.  J.  Seader,  J.D.,  Henley,  Separation  Process Principles, second ed. John  Wiley and Sons, Inc. United States of America, Second Ed. John Wiley and Sons, Inc. United States of America., 2006.
[14]  D.  A.  Rahman,  Rizki  Aulia  and  Kurniawan, “Pengukuran  Kesetimbangan  Uap-Cair  Sistem Biner  Etanol  +  2-Butanol  Dan  Aseton  +  2- Butanol, Serta Sistem Terner Etanol + Aseton + 2- Butanol Pada Tekanan 101.33 Kpa,” Undergrad. thesis,  Inst.  Teknol.  Sepuluh  Nop.  Surabaya. , 2014.
[15]  D.  Hartanto,  “Review  Model  dan  Parameter Interaksi pada Korelasi Kesetimbangan Uap-Cair dan Cair-Cair Sistem Etanol (1) + Air (2) + Ionic Liquids  (3)  dalam  Pemurnian  Bioetanol,” J.
Rekayasa  Proses ,  vol.  8,  no.  1,  pp.  1–11,  2014,
doi: 10.22146/jrekpros.5017.
[16]  E.  D.  Setiawati,  “Pengukuran  Dan  Prediksi Kesetimbangan Uap-Cair Sistem Experiment And Prediction Of Ternary Vapor-Liquid Equilibrium
For Alcohols + Glycerol + Water Systems ,” 2015.
[17]  K.  I.  M.  AL-MALAH,  “ Aspen  Plus  Chemical
Engineering Textbook .” p. 623, 2017.
[18]  J. A. Marlatt and R. Datta, “</i>Acetone‐Butanol Fermentation Process Development
and Economic  Evaluation</i>,” Biotechnol.  Prog. , vol.  2,  no.  1,  pp.  23–28,  1986,  doi: 10.1002/btpr.5420020106.
[19]  S. Skjold-Jprgensen, B. Kolbe, J. Gmehling, and P.  Rasmussen,  “Vapor-Liquid  Equilibria  by UNIFAC  Group  Contribution.  Revision  and Extension,” Ind.  Eng.  Chem.  Process  Des.  Dev. , vol.  18,  no.  4,  pp.  714–722,  1979,  doi:
10.1021/i260072a024.
[20]  Fitriana,  “Pengaruh  Kenaikkan Reflux  Ratio Terhadap Kebutuhan Panas Pada Kolom Distilasi Dengan Distributed Control System (Dcs),” 2010.
[21]  J. M. Coulson, R. K. Sinnott, and J. F. Richardson, “ Coulson & Richardson’s Chemical Engineering, Volume  6 ,”  p.  1045,  1999,  [Online].  Available: http://books.google.co.uk/books/about/Coulson_ Richardson_s_Chemical_Engineerin.html?id=H-
JGAAAAYAAJ&pgis=1.
[22]  C.  Irawan  and  I.  Nata,  “Kondisi  Optimum Pemisahan  Aseton  Dari  Campuran  Aseton- Etanol-Air-n–Butanol  Dengan  Kolom  Distilasi Vacuum,” Infoteknik , vol. 6, no. 1, pp. 1–12, 2005.
[23]  R.  K.  Sinnott, Chemical  Engineering  Design Volume  6  4th  edition ,  4th  ed.  Oxford:  Elsevier Butterworth-Heinemann., 2005.
[24]  J.  Gilbert  and  S.  Martin,  “8.2 Infrared  (IR) Spectroscopy ,” Exp.  Org.  Chemestry ,  pp.  240– 260, 2011.