Operasi Teknik Kimia 2 Minggu 2
Distilasi
Operasi Teknik Kimia 2, Minggu 2
Yuli Amalia Husnil, PhD
Simple distillation
Flash distillation
• Single-stage distillation, equilibrium
distillation, flash vaporization
• Memisahkan komponen yang lebih
volatile dari campuran
• Pre-distillation, meringankan beban
separasi pada proses distilasi bertingkat
Pemanasan hingga Tbubble
Ekspansi, menghasilkan dua fasa
Separasi di vessel
Flash distillation: example
100 mol campuran liquid yang mengandung 50 mol% n-heptane (A) dan 50 mol% n-octane
(B) diumpankan kepada sebuah flash distillation unit yang beroperasi pada tekanan 1 atm. Jika
60% dari feed akan diubah menjadi produk uap, hitunglah PADA TEMPERATUR BERAPA
campuran tersebut seharusnya memasuki unit flash distillation serta hitung komposisi produk uap
dan liquid.
V,yV
60 mol
F, zF
100 mol
0.5A
0.5B
T=?
L, xL
40 mol
Flash distillation: example
Langkah 1: Neraca massa
V,yV
0.6 F
�
�
=� �+� �
� �−� �
=
�
�
Substitusi
F, zF
100 mol
0.5A
0.5B
� =�+�
L, xL
�
�
=
=
�
�
�
=
−�
�
�+�
�
�
��
�
∙ ��
�
� ∙ ��
�
�
Flash distillation: example
Langkah 2: Membuat spreadsheet
Tmin (oC)
Tmax (oC)
Dicari
menggunakan
tool Goalseek
Persamaan
Antoine
�
=
�
�
�
� + � ��
�
=
∙ ��
�
�
Flash distillation: example
Langkah 2: Membuat spreadsheet
Tmin (oC)
Tmax (oC)
By changing cell
Set cell
Prinsip kerja distilasi
Txy diagram benzene-toluene
115
Heat
Boiling
Equilibrium
Condensation
110
105
T (oC)
100
95
(0.5,0.5)
90
85
Komposisi vapor:
71.3 mol% benzene,
28.7 mol% toluene
(0.713,0.287)
80
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Xbenzene
Condenser
Tbubble =
Heat
Equimolar benzenetoluene
Komposisi liquid:
71.3 mol% benzene,
28.7 mol% toluene
92.64oC
Tdew = 87oC
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Prinsip kerja distilasi
Txy diagram benzene-toluene
115
-
-
-
-
110
105
T (oC)
100
95
(0.5,0.5)
90
Heat
Boiling
Condensation
Boiling
(0.713 B,0.287 T)
(0.855 B,0.145 T)
85
80
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Xbenzene
Komposisi vapor:
71.3 mol% benzene,
28.7 mol% toluene
Condenser
Condenser
Komposisi vapor:
85.5 mol% benzene,
14.5 mol% toluene
Tbubble = 92.64oC
Heat
Equimolar benzenetoluene
Tbubble = 87oC
Komposisi liquid:
85.5 mol% benzene,
14.5 mol% toluene
Fractional distillation
Txy diagram benzene-toluene
115
-
-
-
-
110
105
100
T (oC)
Panas penguapan untuk liquid yang
turun bersumber dari vapor yang
bergerak naik. Transfer panas terjadi
ketika vapor dan liquid bertemu di tray.
95
(0.5,0.5)
90
Heat
Boiling
Condensation
Boiling
(0.713 B,0.287 T)
(0.855 B,0.145 T)
85
80
0
85.5 mol% benzene,
14.5 mol% toluene
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Xbenzene
87oC
71.3 mol% benzene,
28.7 mol% toluene
Feed
92.64oC
92.64oC
50 mol% benzene,
50 mol% toluene
Preheater
0.8
0.9
1
Kolom distilasi
Perancangan kolom distilasi
Prosedur
Penetapan degrees
of freedom
Spesifikasi produk
distilat dan bottom
Tekanan kolom
Kondisi termal feed
Penentuan jumlah
equilibrium stage
Penentuan
temperatur
Kalkulasi
beban kalor
Minimum tray (NM)
Reboiler (TR)
Reboiler (QR)
Actual tray (NT)
Condenser (TC)
Condenser (QC)
Perancangan kolom distilasi
Tekanan kolom
Beban
pendinginan di
condenser
Dew point
campuran
Tekanan
kolom
Jumlah
tray
Bubble point
campuran
Beban
pemanasan
di reboiler
Tekanan kolom mempengaruhi seluruh variabel yang
terkait dengan pengoperasian kolom distilasi
Perancangan kolom distilasi
Tekanan kolom
Efek tekanan kolom distilasi
Perancangan kolom distilasi
Tekanan kolom: bagaimana cara menentukannya?
Mulai
Komposisi distilat dan
bottom diketahui
(diperkirakan)
Hitung bubble-point
pressure (PD) distilat
pada 49oC
PD < 25.16 atm
Gunakan total condenser
(reset PD menjadi 2.06
atm jika PD < 2.06 atm)
PD > 14.8 atm
Hitung dew-point
pressure (PD) distilat
pada 49oC
PD > 25.16 atm
Pilih refrigerant untuk
mengoperasikan partial
condenser pada 25.16 atm
PD < 25.16 atm
Gunakan partial
condenser
Perkirakan
tekanan
bottom (PB)
Hitung bubble-point
temperature (TB)
bottom pada PB
TB < temperatur
komponen bottom
terdekomposisi atau
temperatur kritis
TB > temperatur komponen
bottom terdekomposisi atau
temperatur kritis
Turunkan PB dan hitung
ulang PD dan TD
Perancangan kolom distilasi
Kondisi termal feed (q)
“RASIO antara panas yang harus ditambahkan pada feed
dengan entalpi penguapan feed”
Vapor
Berapa oC?
F
Berapa DHvap?
Liquid
�=
��
� − �� + ∆��
∆��
Perancangan kolom distilasi
Kondisi termal feed (q)
Equivalen dengan komposisi liquid di dalam feed
Rectifying
section
Vapor
(1-q)F
F
Feed tray
Jumlah liquid dalam feed
akan mempengaruhi
besarnya panas yang harus
diberikan pada feed untuk
menguapkannya
qF
Liquid
Stripping
section
Perancangan kolom distilasi
Kondisi termal feed (q)
Kondisi termal mana yang paling bagus?
Perancangan kolom distilasi
Kondisi termal feed (q)
Perancangan kolom distilasi
Neraca massa di feed tray
Neraca massa total di feed tray
Rectifying
section
�
�� ,
� = �� + ��
�=
�
−� �
��
�� , �
Stripping
section
− � � + ��
Neraca massa untuk satu
komponen di feed tray
Feed tray
�
∙� =
�
=
�
−� �+
Setelah disederhanakan
−�
−�
�
+
�
�
−�
∙ ��
Perancangan kolom distilasi
Bagian rectifying
…sementara ada
sejumlah uap yang
terus naik (distilat
imajiner dari tiap tray)
Dari setiap
massa vapor
yang naik…
…sebagian akan
turun kembali
sebagai liquid…
� =�
+1
+
+1
Perancangan kolom distilasi
Neraca massa bagian rectifying
�=�+
��
�
�
�
�
�
=
�
�
=
��
�
�
�+
=
=
�
=
�
+
+
�
�
Neraca massa satu komponen
+
�
�
�
+
+
�+
�
+
+
�
�
+
+
= � = Reflux ratio
�
�
=
�+
�+
�
�+
Perancangan kolom distilasi
Minimum reflux ratio
Jumlah tray tak
berhingga
Total cost
Operating cost
1.0
Optimum reflux ratio
Minimum reflux ratio
Annual cost
Condenser duty
maksimum
1.2
Capital/fixed cost
1.4
1.6
Reflux ratio
1.8
2.0
Perancangan kolom distilasi
Condenser
Umum dipakai
• Jika produk yang
diinginkan berada dalam
fasa gas
• Menjadi tray teratas di
kolom distilasi
Menghasilkan produk
dalam dua fasa
Perancangan kolom distilasi
Bagian stripping
�=�+
�� =
�
�
�
=
�
�
�+
=
�
=
�
�
�
Neraca massa
satu komponen
�� +
�
+
−
�
�
−
�
�
−
�
= Boilup ratio.
Diagram dan
neraca massa
khusus kettle-type
reboiler
Perancangan kolom distilasi
Reboiler: Kettle-type
�
�
1. � dan
berada dalam kesetimbangan
dua fasa
2. Dianggap sebagai tray kolom distilasi
(tray terbawah)
3. Diperlukan pompa untuk mengalirkan
liquid dari kolom (�) ke reboiler. Atau
dapat mengalir sendiri jika ada
perbedaan head static antara � dengan
liquid di dalam reboiler
4. Tipe reboiler yang paling banyak
digunakan karena pengoperasiannya
relatif sederhana
Variabel penting:
Boilup ratio, temperatur reboiler, reboiler duty (QR), tipe steam, laju alir steam
Perancangan kolom distilasi
Reboiler: Thermosyphon-type
Thermosyphon reboilers are favored for
1. Thermally sensitive bottom product
compounds
2. High bottom pressure
3. Only small T available for heat
transfer
4. Heavy fouling
Metode McCabe Thiele
Metode McCabe Thiele
Problem
Feed masuk ke kolom distilasi dengan laju alir 450 lbmol/h dengan komposisi 60 mol%
benzene dan 40 mol% toluene. Spesifikasi produk distilat yang diinginkan adalah 95
mol% benzene sementara spesifikasi untuk produk bottom adalah 5 mol% benzene. Feed
dipanaskan sehingga ketika memasuki kolom, fraksi mol vapor di feed
dengan ratio antara laju alir distilat dan feed
�
��
�
sama
. Jika diasumsikan kolom memiliki
tekanan yang seragam dari atas hingga ke bawah yaitu 101.3 kPa, tentukan dengan
metode McCabe-Thiele: 1) Jumlah minimum tray yang dibutuhkan, 2) Minimum reflux
ratio, Rmin, 3) Jumlah equilibrium stages (R = 1.5Rmin) dan 4) Lokasi feed tray.
Metode McCabe Thiele
Step 1: Degrees of freedom
Variabel
Value
Feed rate (F)
450 lbmol/hr
Benzene composition in feed (xF,Ben)
0.6
Toluene composition in feed (xF,Tol)
0.4
Benzene composition in distillate (xD,Ben)
0.95
Benzene composition in bottom (xB,Ben)
0.05
Column pressure
101.3 kPa
Metode McCabe Thiele
Step 2: Neraca massa
=
.
�, �
∙� =
= .
=
=
��
, �
�=
∙
+
, �
+ .
� � /ℎ
��
�
�=
��
=
�
+
−
∙
−
� � /ℎ
��
= .
�
�→
��
�
= .
=�
�= .
Metode McCabe Thiele
Step 3: Equilibrium curve-Metode Antoine
Plot (x,y)
Metode McCabe Thiele
Step 3: Equilibrium curve-Metode Antoine
Metode McCabe Thiele
Step 3a: Equilibrium curve-Metode relative volatility
Relative volatility (�) adalah INDEKS yang menggambarkan TINGKAT
KEMUDAHAN atau kesulitan proses DISTILASI untuk memisahkan
komponen-komponen yang ada di dalam suatu campuran.
�=
�
= relative volatility komponen A yang lebih volatile, terhadap komponen B yang kurang volatile
= konsentrasi komponen i di fasa uap
= konsentrasi komponen i di fasa liquid
= konsentrasi komponen j di fasa uap
= konsentrasi komponen j di fasa liquid
Metode McCabe Thiele
Step 3a: Equilibrium curve-Metode relative volatility
Persamaan equilibrium curve
�
=
=
� +�
×
A−
Bagaimana bentuk
persamaan ini dalam �?
×
+�
+
A−
+�
×
A−
+�
Metode McCabe Thiele
Step 3a: Equilibrium curve-Metode relative volatility
Kedalam
persamaan ini
Substitusi
persamaan ini
=
� ��
� +�
;
=
� ��
� +�
�=
Apa hasil substitusi persamaan tersebut?
Metode McCabe Thiele
Step 3a: Equilibrium curve-Metode relative volatility
Kedalam
persamaan ini
Substitusi
persamaan ini
=
� ��
� +�
;
=
� ��
� +�
�
�=
�
�=
Metode McCabe Thiele
Step 3a: Equilibrium curve-Metode relative volatility
�=
=
=
=
−
�
�
−
�
� +
�
� + −
�
� +
−
−
=
�
�
�
�
�
��
��
−
=
−
�
�
+
−
−
�
+ �−
Persamaan equilibrium
curve dalam �
−
Metode McCabe Thiele
Step 3a: Equilibrium curve-Metode relative volatility
• Jarak antara kurva dan garis
45o menggambarkan sebesar
apa driving force untuk
terjadinya pemisahan
• Jika nilai � = 1, kurva akan
berimpit dengan garis 45o.
Metode McCabe Thiele
Step 4: Menggambar garis xF, xD dan xB pada kurva equilibrium benzene-toluene
Metode McCabe Thiele
Step 5: Menentukan jumlah tray minimum
Jumlah equilibrium stages yang dibutuhkan saat kolom distilasi
dioperasikan dengan menggunakan TOTAL REFLUX
Metode McCabe Thiele
Step 6: Menggambar q-line (garis kondisi termal feed)
(
�, �)
Metode McCabe Thiele
Step 6: Menggambar garis minimum reflux ratio
Metode McCabe Thiele
Step 7: Menemukan nilai minimum reflux ratio (�
.
, . �
�
) dan actual reflux ratio (�)
=
�
�
�
�
�
−
−
�
+
= .
= .
= .
�= . �
�= .
�
Metode McCabe Thiele
Step 7: Menggambar garis rectifying line
�
=
�
�+
�= .
�
= .
�
,
�
+
�+
= .
+ .
Metode McCabe Thiele
Step 8: Menggambar garis stripping line
Tarik garis dari titik
temu ini menuju (xB,yB)
�
=
�
�
+
�
−
�
Metode McCabe Thiele
Step 8: Menggambar garis stage
Recap
Txy diagram ammonia-water pada 34.47 atm
300
250
T(oC)
200
Temperatur
condenser
150
Temperatur
reboiler
100
50
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
x,y ammonia
0.7
0.8
0.9
1
Txy diagram ammonia-water pada 1 atm
120
100
80
Temperatur
condenser
T(oC)
60
Temperatur
reboiler
40
20
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
-20
-40
-60
x,y ammonia
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Next week
1. Latihan metode Mccabe-Thiele (akan jadi salah satu bentuk soal UTS)
2. Reboiler dan Condenser duty
3. Latihan perancangan kolom distilasi (tentative)
Tugas
Suatu liquid mengandung 50 mol% benzene, 25 mol% toluene, dan 24 mol% o-xylene.
Campuran ini kemudian dipisahkan melalui proses flash distillation pada tekanan 1 atm. Jika
setelah dipisahkan rasio antara laju alir liquid dan vapor (L/V) adalah 2.1, hitung pada
temperatur berapa flash distillation ini dioperasikan. Hitung juga fraksi mol masing-masing
komponen di fasa liquid dan vapor. Gunakan basis feed 100 mol.
V
F
L/V = 2.1
100 mol
L
*Tugas DIKETIK RAPI, DICETAK dan dikumpulkan tanggal 20 September 2016
Operasi Teknik Kimia 2, Minggu 2
Yuli Amalia Husnil, PhD
Simple distillation
Flash distillation
• Single-stage distillation, equilibrium
distillation, flash vaporization
• Memisahkan komponen yang lebih
volatile dari campuran
• Pre-distillation, meringankan beban
separasi pada proses distilasi bertingkat
Pemanasan hingga Tbubble
Ekspansi, menghasilkan dua fasa
Separasi di vessel
Flash distillation: example
100 mol campuran liquid yang mengandung 50 mol% n-heptane (A) dan 50 mol% n-octane
(B) diumpankan kepada sebuah flash distillation unit yang beroperasi pada tekanan 1 atm. Jika
60% dari feed akan diubah menjadi produk uap, hitunglah PADA TEMPERATUR BERAPA
campuran tersebut seharusnya memasuki unit flash distillation serta hitung komposisi produk uap
dan liquid.
V,yV
60 mol
F, zF
100 mol
0.5A
0.5B
T=?
L, xL
40 mol
Flash distillation: example
Langkah 1: Neraca massa
V,yV
0.6 F
�
�
=� �+� �
� �−� �
=
�
�
Substitusi
F, zF
100 mol
0.5A
0.5B
� =�+�
L, xL
�
�
=
=
�
�
�
=
−�
�
�+�
�
�
��
�
∙ ��
�
� ∙ ��
�
�
Flash distillation: example
Langkah 2: Membuat spreadsheet
Tmin (oC)
Tmax (oC)
Dicari
menggunakan
tool Goalseek
Persamaan
Antoine
�
=
�
�
�
� + � ��
�
=
∙ ��
�
�
Flash distillation: example
Langkah 2: Membuat spreadsheet
Tmin (oC)
Tmax (oC)
By changing cell
Set cell
Prinsip kerja distilasi
Txy diagram benzene-toluene
115
Heat
Boiling
Equilibrium
Condensation
110
105
T (oC)
100
95
(0.5,0.5)
90
85
Komposisi vapor:
71.3 mol% benzene,
28.7 mol% toluene
(0.713,0.287)
80
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Xbenzene
Condenser
Tbubble =
Heat
Equimolar benzenetoluene
Komposisi liquid:
71.3 mol% benzene,
28.7 mol% toluene
92.64oC
Tdew = 87oC
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Prinsip kerja distilasi
Txy diagram benzene-toluene
115
-
-
-
-
110
105
T (oC)
100
95
(0.5,0.5)
90
Heat
Boiling
Condensation
Boiling
(0.713 B,0.287 T)
(0.855 B,0.145 T)
85
80
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Xbenzene
Komposisi vapor:
71.3 mol% benzene,
28.7 mol% toluene
Condenser
Condenser
Komposisi vapor:
85.5 mol% benzene,
14.5 mol% toluene
Tbubble = 92.64oC
Heat
Equimolar benzenetoluene
Tbubble = 87oC
Komposisi liquid:
85.5 mol% benzene,
14.5 mol% toluene
Fractional distillation
Txy diagram benzene-toluene
115
-
-
-
-
110
105
100
T (oC)
Panas penguapan untuk liquid yang
turun bersumber dari vapor yang
bergerak naik. Transfer panas terjadi
ketika vapor dan liquid bertemu di tray.
95
(0.5,0.5)
90
Heat
Boiling
Condensation
Boiling
(0.713 B,0.287 T)
(0.855 B,0.145 T)
85
80
0
85.5 mol% benzene,
14.5 mol% toluene
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Xbenzene
87oC
71.3 mol% benzene,
28.7 mol% toluene
Feed
92.64oC
92.64oC
50 mol% benzene,
50 mol% toluene
Preheater
0.8
0.9
1
Kolom distilasi
Perancangan kolom distilasi
Prosedur
Penetapan degrees
of freedom
Spesifikasi produk
distilat dan bottom
Tekanan kolom
Kondisi termal feed
Penentuan jumlah
equilibrium stage
Penentuan
temperatur
Kalkulasi
beban kalor
Minimum tray (NM)
Reboiler (TR)
Reboiler (QR)
Actual tray (NT)
Condenser (TC)
Condenser (QC)
Perancangan kolom distilasi
Tekanan kolom
Beban
pendinginan di
condenser
Dew point
campuran
Tekanan
kolom
Jumlah
tray
Bubble point
campuran
Beban
pemanasan
di reboiler
Tekanan kolom mempengaruhi seluruh variabel yang
terkait dengan pengoperasian kolom distilasi
Perancangan kolom distilasi
Tekanan kolom
Efek tekanan kolom distilasi
Perancangan kolom distilasi
Tekanan kolom: bagaimana cara menentukannya?
Mulai
Komposisi distilat dan
bottom diketahui
(diperkirakan)
Hitung bubble-point
pressure (PD) distilat
pada 49oC
PD < 25.16 atm
Gunakan total condenser
(reset PD menjadi 2.06
atm jika PD < 2.06 atm)
PD > 14.8 atm
Hitung dew-point
pressure (PD) distilat
pada 49oC
PD > 25.16 atm
Pilih refrigerant untuk
mengoperasikan partial
condenser pada 25.16 atm
PD < 25.16 atm
Gunakan partial
condenser
Perkirakan
tekanan
bottom (PB)
Hitung bubble-point
temperature (TB)
bottom pada PB
TB < temperatur
komponen bottom
terdekomposisi atau
temperatur kritis
TB > temperatur komponen
bottom terdekomposisi atau
temperatur kritis
Turunkan PB dan hitung
ulang PD dan TD
Perancangan kolom distilasi
Kondisi termal feed (q)
“RASIO antara panas yang harus ditambahkan pada feed
dengan entalpi penguapan feed”
Vapor
Berapa oC?
F
Berapa DHvap?
Liquid
�=
��
� − �� + ∆��
∆��
Perancangan kolom distilasi
Kondisi termal feed (q)
Equivalen dengan komposisi liquid di dalam feed
Rectifying
section
Vapor
(1-q)F
F
Feed tray
Jumlah liquid dalam feed
akan mempengaruhi
besarnya panas yang harus
diberikan pada feed untuk
menguapkannya
qF
Liquid
Stripping
section
Perancangan kolom distilasi
Kondisi termal feed (q)
Kondisi termal mana yang paling bagus?
Perancangan kolom distilasi
Kondisi termal feed (q)
Perancangan kolom distilasi
Neraca massa di feed tray
Neraca massa total di feed tray
Rectifying
section
�
�� ,
� = �� + ��
�=
�
−� �
��
�� , �
Stripping
section
− � � + ��
Neraca massa untuk satu
komponen di feed tray
Feed tray
�
∙� =
�
=
�
−� �+
Setelah disederhanakan
−�
−�
�
+
�
�
−�
∙ ��
Perancangan kolom distilasi
Bagian rectifying
…sementara ada
sejumlah uap yang
terus naik (distilat
imajiner dari tiap tray)
Dari setiap
massa vapor
yang naik…
…sebagian akan
turun kembali
sebagai liquid…
� =�
+1
+
+1
Perancangan kolom distilasi
Neraca massa bagian rectifying
�=�+
��
�
�
�
�
�
=
�
�
=
��
�
�
�+
=
=
�
=
�
+
+
�
�
Neraca massa satu komponen
+
�
�
�
+
+
�+
�
+
+
�
�
+
+
= � = Reflux ratio
�
�
=
�+
�+
�
�+
Perancangan kolom distilasi
Minimum reflux ratio
Jumlah tray tak
berhingga
Total cost
Operating cost
1.0
Optimum reflux ratio
Minimum reflux ratio
Annual cost
Condenser duty
maksimum
1.2
Capital/fixed cost
1.4
1.6
Reflux ratio
1.8
2.0
Perancangan kolom distilasi
Condenser
Umum dipakai
• Jika produk yang
diinginkan berada dalam
fasa gas
• Menjadi tray teratas di
kolom distilasi
Menghasilkan produk
dalam dua fasa
Perancangan kolom distilasi
Bagian stripping
�=�+
�� =
�
�
�
=
�
�
�+
=
�
=
�
�
�
Neraca massa
satu komponen
�� +
�
+
−
�
�
−
�
�
−
�
= Boilup ratio.
Diagram dan
neraca massa
khusus kettle-type
reboiler
Perancangan kolom distilasi
Reboiler: Kettle-type
�
�
1. � dan
berada dalam kesetimbangan
dua fasa
2. Dianggap sebagai tray kolom distilasi
(tray terbawah)
3. Diperlukan pompa untuk mengalirkan
liquid dari kolom (�) ke reboiler. Atau
dapat mengalir sendiri jika ada
perbedaan head static antara � dengan
liquid di dalam reboiler
4. Tipe reboiler yang paling banyak
digunakan karena pengoperasiannya
relatif sederhana
Variabel penting:
Boilup ratio, temperatur reboiler, reboiler duty (QR), tipe steam, laju alir steam
Perancangan kolom distilasi
Reboiler: Thermosyphon-type
Thermosyphon reboilers are favored for
1. Thermally sensitive bottom product
compounds
2. High bottom pressure
3. Only small T available for heat
transfer
4. Heavy fouling
Metode McCabe Thiele
Metode McCabe Thiele
Problem
Feed masuk ke kolom distilasi dengan laju alir 450 lbmol/h dengan komposisi 60 mol%
benzene dan 40 mol% toluene. Spesifikasi produk distilat yang diinginkan adalah 95
mol% benzene sementara spesifikasi untuk produk bottom adalah 5 mol% benzene. Feed
dipanaskan sehingga ketika memasuki kolom, fraksi mol vapor di feed
dengan ratio antara laju alir distilat dan feed
�
��
�
sama
. Jika diasumsikan kolom memiliki
tekanan yang seragam dari atas hingga ke bawah yaitu 101.3 kPa, tentukan dengan
metode McCabe-Thiele: 1) Jumlah minimum tray yang dibutuhkan, 2) Minimum reflux
ratio, Rmin, 3) Jumlah equilibrium stages (R = 1.5Rmin) dan 4) Lokasi feed tray.
Metode McCabe Thiele
Step 1: Degrees of freedom
Variabel
Value
Feed rate (F)
450 lbmol/hr
Benzene composition in feed (xF,Ben)
0.6
Toluene composition in feed (xF,Tol)
0.4
Benzene composition in distillate (xD,Ben)
0.95
Benzene composition in bottom (xB,Ben)
0.05
Column pressure
101.3 kPa
Metode McCabe Thiele
Step 2: Neraca massa
=
.
�, �
∙� =
= .
=
=
��
, �
�=
∙
+
, �
+ .
� � /ℎ
��
�
�=
��
=
�
+
−
∙
−
� � /ℎ
��
= .
�
�→
��
�
= .
=�
�= .
Metode McCabe Thiele
Step 3: Equilibrium curve-Metode Antoine
Plot (x,y)
Metode McCabe Thiele
Step 3: Equilibrium curve-Metode Antoine
Metode McCabe Thiele
Step 3a: Equilibrium curve-Metode relative volatility
Relative volatility (�) adalah INDEKS yang menggambarkan TINGKAT
KEMUDAHAN atau kesulitan proses DISTILASI untuk memisahkan
komponen-komponen yang ada di dalam suatu campuran.
�=
�
= relative volatility komponen A yang lebih volatile, terhadap komponen B yang kurang volatile
= konsentrasi komponen i di fasa uap
= konsentrasi komponen i di fasa liquid
= konsentrasi komponen j di fasa uap
= konsentrasi komponen j di fasa liquid
Metode McCabe Thiele
Step 3a: Equilibrium curve-Metode relative volatility
Persamaan equilibrium curve
�
=
=
� +�
×
A−
Bagaimana bentuk
persamaan ini dalam �?
×
+�
+
A−
+�
×
A−
+�
Metode McCabe Thiele
Step 3a: Equilibrium curve-Metode relative volatility
Kedalam
persamaan ini
Substitusi
persamaan ini
=
� ��
� +�
;
=
� ��
� +�
�=
Apa hasil substitusi persamaan tersebut?
Metode McCabe Thiele
Step 3a: Equilibrium curve-Metode relative volatility
Kedalam
persamaan ini
Substitusi
persamaan ini
=
� ��
� +�
;
=
� ��
� +�
�
�=
�
�=
Metode McCabe Thiele
Step 3a: Equilibrium curve-Metode relative volatility
�=
=
=
=
−
�
�
−
�
� +
�
� + −
�
� +
−
−
=
�
�
�
�
�
��
��
−
=
−
�
�
+
−
−
�
+ �−
Persamaan equilibrium
curve dalam �
−
Metode McCabe Thiele
Step 3a: Equilibrium curve-Metode relative volatility
• Jarak antara kurva dan garis
45o menggambarkan sebesar
apa driving force untuk
terjadinya pemisahan
• Jika nilai � = 1, kurva akan
berimpit dengan garis 45o.
Metode McCabe Thiele
Step 4: Menggambar garis xF, xD dan xB pada kurva equilibrium benzene-toluene
Metode McCabe Thiele
Step 5: Menentukan jumlah tray minimum
Jumlah equilibrium stages yang dibutuhkan saat kolom distilasi
dioperasikan dengan menggunakan TOTAL REFLUX
Metode McCabe Thiele
Step 6: Menggambar q-line (garis kondisi termal feed)
(
�, �)
Metode McCabe Thiele
Step 6: Menggambar garis minimum reflux ratio
Metode McCabe Thiele
Step 7: Menemukan nilai minimum reflux ratio (�
.
, . �
�
) dan actual reflux ratio (�)
=
�
�
�
�
�
−
−
�
+
= .
= .
= .
�= . �
�= .
�
Metode McCabe Thiele
Step 7: Menggambar garis rectifying line
�
=
�
�+
�= .
�
= .
�
,
�
+
�+
= .
+ .
Metode McCabe Thiele
Step 8: Menggambar garis stripping line
Tarik garis dari titik
temu ini menuju (xB,yB)
�
=
�
�
+
�
−
�
Metode McCabe Thiele
Step 8: Menggambar garis stage
Recap
Txy diagram ammonia-water pada 34.47 atm
300
250
T(oC)
200
Temperatur
condenser
150
Temperatur
reboiler
100
50
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
x,y ammonia
0.7
0.8
0.9
1
Txy diagram ammonia-water pada 1 atm
120
100
80
Temperatur
condenser
T(oC)
60
Temperatur
reboiler
40
20
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
-20
-40
-60
x,y ammonia
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Next week
1. Latihan metode Mccabe-Thiele (akan jadi salah satu bentuk soal UTS)
2. Reboiler dan Condenser duty
3. Latihan perancangan kolom distilasi (tentative)
Tugas
Suatu liquid mengandung 50 mol% benzene, 25 mol% toluene, dan 24 mol% o-xylene.
Campuran ini kemudian dipisahkan melalui proses flash distillation pada tekanan 1 atm. Jika
setelah dipisahkan rasio antara laju alir liquid dan vapor (L/V) adalah 2.1, hitung pada
temperatur berapa flash distillation ini dioperasikan. Hitung juga fraksi mol masing-masing
komponen di fasa liquid dan vapor. Gunakan basis feed 100 mol.
V
F
L/V = 2.1
100 mol
L
*Tugas DIKETIK RAPI, DICETAK dan dikumpulkan tanggal 20 September 2016