Dasar Peralatan Penyulingan PENYULINGAN Distillation

258 diterapkan pada skala industri dengan dihasilkannya distilasi metoda rektifikasi. Kolom distilasi terdiri dari banyak tray yang diasumsikan ideal. Jika diperhatikan tray ke-n dari puncak kolom, maka tray yang langsung berada di atasnya adalah tray ke-n-1 dan tray yang langsung berada di bawahnya adalah tray ke-n+1. Ada 2 aliran fluida yang masuk ke dalam dan 2 arus keluar dari tray n. Aliran zat cair L n-1 moljam dari tray n-1 dan aliran uap Vn+1 dari tray n+1 moljam mengalami kontak di tray n. Aliran uap Vn naik ke tray n-1 dan aliran cairan Ln turun ke tray n+1. Jika konsentrasi aliran uap dalam fasa V ditandai dengan y, dan konsentrasi aliran cairan ditandai dengan x, maka konsentrasi aliran yang masuk dan yang keluar tray n adalah: uap keluar dari tray yn, cairan keluar dari tray x n , uap masuk ke tray y n+1 , dan cairan masuk ke tray x n-1. Sesuai definisi tray ideal, uap dan cairan yang keluar piring n berada dalam kesetimbangan, sehingga x n dan y n merupakan konsentrasi kesetimbangan. Oleh karena konsentrasi dalam fas uap dan cair berada dalam kesetimbangan, aliran masuk dan ke luar tidak sama. Bila uap yang keluar dari tray n+1 dan cairan dari tray n-1 dikontakkan, konsentrasinya akan bergerak ke arah kesetimbangan. Sebagian komponen yang lebih volatil akan menguap dari fasa cair sehingga konsentrasi zat cair pada x n-1 turun menjadi x n , sedangkan komponen yang kurang volatil akan terkondensasi dari uap sehingga konsentrasi uap naik dari y n+1 menjadi y n . Aliran zat cair berada pada bubble point sedangkan aliran uap berada pada dew point, sehingga kalor yang dibutuhkan untuk penguapan didapatkan dari kalor yang dibebaskan selama kondensasi. Setiap tray berfungsi sebagai media pertukaran dimana komponen volatil pindah ke fasa uap, sedangkan komponen yang kurang volatil pindah ke fasa cair. Karena konsentrasi komponen volatil di dalam cairan dan uap meningkat dengan bertambahnya tinggi kolom, suhu akan berkurang dari n+1, n, ke n-1. Distilasi satu tahap tidak efektif menghasilkan bottom product yang mendekati murni karena zat cair dalam umpan tidak mengalami rektifikasi. Keterbatasan ini diatasi dengan memasukkan umpan ke tray yang berada di bagian tengah kolom. Cairan itu mengalir ke bawah kolom menuju reboiler dan mengalami rektifikasi dengan uap yang mengalir naik dari reboiler. Karena komponen volatil yang berada di reboiler telah 259 diambil dari cairan maka produk bawahnya adalah komponen kurang volatil yang hampir murni dari komponen volatil. Faktor-faktor penting dalam merancang dan mengoperasikan kolom distilasi - Jumlah tray yang diperlukan untuk mendapatkan pemisahan yang dikehendaki. - Diameter kolom, kalor yang dikonsumsi dalam pendidih. - Konstruksi tray.

4.5.4. Neraca Massa Pada Kolom Distilasi

Kolom mendapat umpan sebesar F moljam umpan yang berkonsentrasi x f , dan menghasilkan D moljam distilat yang berkonsentrasi xd dan produk bawah yang berkonsentrasi x b . Ada 2 neraca massa yang penting: Neraca massa total: F = D + B [4.1] Neraca komponen: F.x f = D.x d + B.x b [4.2] Jumlah D adalah selisih antara laju aliran arus yang masuk dan yang keluar atas kolom. Neraca massa pada konsensor dan akumulator adalah: D = V a – L a [4.3] Selisih antara laju aliran uap dan laju aliran cairan di manapun pada bagian atas kolom adalah D, yang jelas terlihat bila diperhatikan bagian dari instalasi itu yang dikurung permukaan kendali I. Permukaan ini meliputi kondensor dan semua piring di n+1. Neraca massa total pada permukaan tersebut adalah: 260 D = V n+1 – L n [4.4] Jumlah D adalah laju aliran netto bahan ke atas pada bagian atas kolom. Berapapun pertukaran konsentrasi komponen pada V dan L selisihnya selalu D. Neraca massa untuk komponen a sesuai dengan persamaan: D. x d = V a .y a – L a .x a = V n+1 .y n+1 – L n .x n . [4.5] Jumlah D.xd adalah laju aliran netto komponen A ke atas pada bagian ata kolom. Jumlah ini konstan pada seluruh bagian atas kolom. Pada bagian bawah kolom, laju alir netto juga konstan, tetapi arahnya ke bawah. Laju aliran netto total adalah B, untuk komponen A adalah B.x b , sesuai persamaan: B = L b – V b = L m – V m+1 [4.6] B.x b = L b .x b – V b .y b = L m .x m – V m+ 1.y m+1 [4.7] Karena kolom distilasi terdiri dari bagian atas dan bagian bawah, maka ada 2 garis operasi, satu untuk bagian rektifikasi dan satu untuk bagian pelucutan. Persamaan garis operasi untuk bagian pelucutan adalah: 1 n a a a a n 1 n n 1 n y x L - y V x V L y      [4.8] Substitusi Va.ya – La.xa menghasilkan 1 n d n 1 n n 1 n V x D. x V L y      [4.9] Gradien garis operasi adalah ratio antara aliran cairan dan uap. Jika Vn+1 dieliminasi: D L x . D x D L L y n d n n n 1 n      [4.10]