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:
Di unduh dari : Bukupaket.com
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]
Di unduh dari : Bukupaket.com
261 Untuk bagian bawah kolom, neraca massanya adalah:
V
m+1
.y
m+1
= L
m
.x
m
- B.x
b
[4.11] Dalam bentuk lain, persamaan tersebut menjadi
1 m
b m
1 m
m 1
m
V x
D. x
V L
y
[4.12] Persamaan ini adalah persamaan garis operasi bagian pelucutan. Di sini
pun gradien garis adalah ratio antara aliran zat cair dan aliran uap. Eliminasi Vm+1 akan menghasilkan:
B L
x .
B x
B L
L y
m b
m m
m 1
m
[4.13]
Bila garis operasi bagian atas dan bagian bawah tersebut digambarkan bersama kurva kesetimbangan pada diagram x-y, dapat digunakan
konstruksi bertahap McCabe-Thille untuk menghitung berapa banyaknya tray ideal yang diperlukan untuk mendapatkan suatu perbedaan konsentrasi
tertentu, baik pada bagian rektifikasi maupun pada bagian pelucutan. Jika dilihat persamaan garis operasi, terlihat bahwa garis operasi akan
merupakan garis lengkung, kecuali jika Ln dan Lm konstan. Garis operasipun hanya dapat digambarkan jika perubahan konsentrasi pada
aliran dalam diketahui. Untuk menentukan garis operasi yang berbentuk kurva diperlukan neraca entalpi.
Pada distilasi, laju aliran molar uap dan zat cair pada masing-masing bagian kolom itu hampir mendekati konstan, dan garis operasinya mendekati garis
lurus. Hal ini akibat kalor penguapan molar yang hampir sama, sehingga setiap mol komponen yang titik didihnya tinggi yang terkondensasi pada
waktu uapnya mengalir ke atas akan membebaskan energi sebanyak yang diperlukan untuk menguapkan 1 mol komponen yang titik didihnya rendah.
Perubahan entalpi aliran cairan dan uap dan kehilangan kalor dari kolom biasanya mengakibatkan perlunya pembentukan uap yang agak lebih
banyak pada bagian bawah kolom, sehingga ratio molar aliran uap pada bagian bawah akan lebih mendekati 1. Karena itu, dalam merancang kolom
distilasi biasanya digunakan konsep constant molal overflow, sehingga
Di unduh dari : Bukupaket.com
262 dalam persamaan garis operasi tanda tray n, n-1, n+1, m, m-1, dan m+1
pada L dan V dapat dianggap sama. Dalam model ini, persamaan- persamaan neraca massa adalah linear dan garis operasinya berupa garis
lurus. Garis operasi dapat digambar bila diketahui dua titik. Akibatnya, metoda McCabe-Thiele dapat digunkan tanpa memerlukan neraca entalpi.
4.5.5. Analisis Kolom Fraksinasi
