Isopropyl Alcohol Purification through Extractive Distillation using Glycerol as an Entrainer: Technical Performances Simulation and Design

Abstract

Isopropyl alcohol is widely used as industrial chemical intermediates and common solvents in households, pharmaceuticals, food, cosmetics, and medical purposes. The high purity of isopropyl alcohol requires special separation from its impurity i.e. water due to isopropyl alcohol and water form an azeotropic point, which is difficult to separate using a conventional distillation method. The azeotropic point of this mixture is at isopropyl alcohol mole fraction of 0.68 and temperature of 353.4 K. One of the optimum methods to separate an azeotrope point is through the extractive distillation which use a third component as a solvent. Glycerol is one of the solvents which can be used as a potential entrainer in the extractive distillation. Glycerol is produced in the biodiesel production as a by-product. Moreover, glycerol is an eco-friendly chemical. In this work, the simulation of the extractive distillation of isopropyl alcohol/water system with glycerol as an entrainer was simulated using Aspen Plus. The Non-Random Two-Liquid (NRTL) model was used as thermodynamic model in the simulation. The effect of stage number, binary feed stage, entrainer feed stage, and reflux ratio to the purity of isopropyl alcohol, and reboiler-condenser duties were examined to achieve the optimum design for the extractive distillation column with less energy requirements. The simulation results showed that the optimum configurations in the extractive distillation column design are at 25 theoretical stages, binary feed stage (BFS) of 20, entrainer feed stage (EFS) of 2, and reflux ratio (RR) of 0.5 to produce isopropyl alcohol with the purity of 99.27%. The design and sizing of the extractive distillation column were also proposed in this work.

Simulasi Chemcad: Pengaruh Suhu Umpan Dalam Pemurnian Isopropil Alkohol Dengan Distilasi Ekstraktif

“…Dalam pembuatan hand sanitizer berskala industri, umumnya bahan baku isopropil alkohol yang digunakan memiliki kemurnian yang rendah untuk menghemat biaya produksi. Isopropil alkohol yang masih memiliki banyak pengotor memerlukan proses pemurnian untuk memisahkannya dari air sebelum digunakan [3,4]. Berdasarkan data kesetimbangan uap-cair dari percobaan Brunjes dan Bogart (1943), Dunlop (1948), dan Lebo (1921) pada situs Dortmund Data Bank, campuran isopropil alkohol dengan air memiliki titik azeotrop pada fraksi mol 0,68 yang mana tidak dapat dipisahkan menggunakan distilasi konvensional sehingga diperlukan proses pemurnian khusus seperti distilasi ekstraktif untuk meningkatkan kemurniannya [5][6][7][8].…”

“…Berdasarkan simulasi yang dilakukan oleh Hartanto, dkk. (2019), pada pemisahan campuran isopropil alkohol/air menggunakan entrainer gliserol yang merupakan produk samping dari pembuatan biodiesel sehingga berkelanjutan, tidak mencemari lingkungan, dan biayanya terjangkau [3]. Pada penelitian Wibowo, dkk.…”

Efek Rasio Feed / Solvent Pada Distilasi Ekstraktif Isopropil Alkohol : Studi Simulasi Chemcad

“…Gliserol merupakan produk samping dari produksi biodiesel dimana mempunyai sifat yang ramah lingkungan. Gliserol memiliki kelebihan selain harganya yang murah dan mudah didapatkan, gliserol juga dapat memecah titik azeotrop campuran isopropil alkohol-air [9]. Penggunaan gliserol dengan fraksi mol minimal 0,229 dapat menghilangkan titik azeotrop campuran isopropil alkohol-air [10].…”

“…Kemudian, Hartanto dkk. [9] dengan mensimulasikan proses distilasi ekstraktif dengan bantuan solvent gliserol menggunakan Aspen Plus dengan pemodelan menggunakan NRTL (Non-Random Two Liquid) didapatkan bahwa reflux ratio memberikan pengaruh terhadap beban reboiler dan beban kondensor karenan reflux ratio yang semakin besar akan menghasilkan komposisi cairan dan uap yang lebih banyak.…”

“…Hal ini dikarenakan interaksi antara gliserol sebagai solvent dan isopropil alkohol-air sebagai campuran azeotrop terjadi pada saat solvent berada dalam fasa cair. Penempatan solvent di tahap atas kolom distilasi ekstraktif akan memastikan solvent berada pada fasa cair [9] sehingga dapat meningkatkan kemurnian produk yang dihasilkan. menghasilkan lebih banyak interaksi dengan fasa uap dalam hal ini yaitu isopropil alkohol sehingga menyebabkan beban kondensor dan reboiler semakin meningkat [9].…”