Perhitungan Distilasi Diperlukan Data Diagram Entalpi — Komposisi
Cara penyelesaiannya sama dengan ekstraksi yang sudah dibicarakan sebelumnya, tetapi neraca separating agentnya berupa panas.
Sesi enriching:
Sesi stripping:
Neraca massa di sekitar kondenser:
Neraca massa di sekitar reboiler:
Arus netto entalpi untuk sesi atas (Enriching):
Nilai , dapat ditentukan (dievaluasi) berdasarkan neraca entalpi di sekitar kondenser. Informasi yang diketahui untuk menentukan nilai adalah:
a) beban kondensor atau b) nilai reflux. a. Jika diketahui beban kondensor:
Universitas Gadjah Mada 32 Dengan: - = entalpi yang diambil oleh pendingin
= entalpi pendingin ke luar — entalpi pendingin masuk
Maka:
dengan: qC = D QCD
Jika diketahui
XD = komponen distilat, hD = entalpi distilat, dan QCD = qC/D = beban kondenser
Maka titik ( ) dapat ditentukan.
b. Jika diketahui nilai reflux:
Jika diketahui = Reflux, maka penentuan h dapat dilakukan dengan persamaan berikut (analog dengan cara ekstraksi):
Universitas Gadjah Mada 33 Pada Sesi stripping, analisisnya analog dengan meninjau neraca panas sekitar reboiler, yaitu:
Selanjutnya nilai ̅ dapat ditentukan jika yang diketahui nilai reflux . Umumnya nilai
̅ dievaluasi berdasarkan informasi nilai dengan menggunakan korelasi + F = ̅ (neraca massa seluruh kolom).
Ada dua tipe kondensor yaitu:
1. Kondensor total (distilat dalam bentuk cair) pembahasan seperti yang sudah dipelajari
Universitas Gadjah Mada 34 Kondensor Total
Nilai y1 = XD = X0 = X, sehingga jika XD sudah diketahui maka titik (XD, hD) dapat ditentukan dan titik (y1, H1) juga dapat ditentukan.
Menentukan titik h:
Atau dengan cara :
Kondensor Partial
Tidak seluruh uap yang masuk kondensor diembunkan, hasil atas dapat dalam bentuk uap, dan reflux berbentuk cair.
Terdapat dua keadaan yang mungkin terjadi dalam kondisi parsial yaitu: Uap dan cairan dalam keadaan keseimbangan
Uap dan cairan tidak dalam keadaan keseimbangan
Jika uap dan cairan dalam keadaan seimbang, maka akan ekuivalen dengan stage. Kondensor 1 stage seimbang.
Universitas Gadjah Mada 35 Persamaan-persamaan yang dapat disusun dalam kondisi parsial, adalah:
Atau jika diketahui , maka :
4.yD = K x0 (korelasi seimbang)
Reboiler (Still)
Pada operasi distilasi, panas (qs) ditambahkan pada still (S) untuk menguapkan sebagian dari cairan pada bagian bawah kolom. Uap yang terbentuk pada still kemudian di reflux (Vs) sebagai uap pembawa panas. Oleh karena itu, reboiler ekuivalen dengan satu stage seimbang. Cara perhitungan analog dengan kondensor parsial.
Universitas Gadjah Mada 36 Secara skematis kondensor dan rebolier dapat digambarkan sebagai berikut:
Perhitungan distilasi dengan menggunakan diagram entalpi-komposisi disebut Metode PONCHON-SAVARIT. Jumlah cairan yang direflux dapat bervariasi yaitu dari suatu jumlah minimal (REFLUX MINIMAL) sampai semua cairan dikembalikan (REFLUX TOTAL).
Penentuan Reflux Maksimal dan Minimal
Bila nilai perbandingan reflux ( ) tertentu,maka jumlah stage (N) yang dibutuhkan untuk derajat pemisahan yang tertentu mempunyai jumlah yang tertentu pula.
Universitas Gadjah Mada 37 Reflux Minimum
( )
Bila ( ) berkurang untuk (X0, XD, Y1) yang tetap, maka letak X akan semakin mendekati Y1, dan hal ini akan menyebabkan jumlah ‘N’ naik. Batas nilai ( ) yang paling kecil adalah ( ) minimum. Bila garis operasi berimpit dengan garis seimbang, maka jumlah stage (N) maksimum adalah tak terhingga.
Reflux Maksimum
Bila nilai ( ) bertambah besar, sampai pada suatu nilai dimana semua hasil atas dimasukkan ke dalam kolom kembali sehingga nilai D = 0 maka keadaan ini disebut sebagai REFLUX TOTAL (R Total) → D = 0
F = 0 B = 0
Jadi :
( ) =
, maka letak titik dan ̅ pada tak terhingga berupa garis tegak lurus sehingga YN+1 = XN ( ) =
Pada keadaan ini jika reflux semakin besar maka ‘N’ semakin kecil
Reflux (R) yang semakin besar akan memerlukan jumlah stage (N) yang semakin kecil (harga murah), tetapi beban kondensor dan reboiler akan semakin besar (biaya mahal), sehingga perlu dipilih ‘R’ tertentu agar total biaya yang diperlukan menjadi sekecil mungkin.
Universitas Gadjah Mada 38 Ringkasan Metode PONCHON-SAVARIT
Gambarkan letak arus-arus terminal yang diketahui: D (XD, hD), F(XF, hF), dan B (XB, hB). Tentukan letak titik (x, h) atau ̅( ̅ ̅). Tergantung data yang diketahui di kondensor
atau di reboiler.
Bila (x, h) atau ̅( ̅ ̅) sudah dapat ditentukan, selanjutnya tentukan letak: o ̅( ̅ ̅), bila diketahui data di reboiler
o (x, h), bila diketahui data di kondensor dengan menggunakan korelasi:
̅ ( ̅ dalam satu garis lurus)
̅ (tempat kedudukan ̅ adalah garis tegak lurus pada xB) x = xD (tempat kedudukan x adalah garis tegak lurus pada xD) o ̅( ̅ ̅) bila diketahui data di reboiler
o ( ), bila diketahui data di kondensor dengan menggunakan korelasi
̅ ( ̅ )
̅ (tempat kedudukan ̅ adalah garis tegak lurus pada
(tempat kedudukan adalah garis tegak lurus pada
Gambarkan garis operasi dan garis seimbang secara bergantian pada masing – masing sesi
Hitung ‘N’ pada sesi enriching dan sesi stripping serta letak feed plate.
Reflux minimum (N = tak terhingga): garis operasi berimpit dengan garis seimbang. Pilihlah yang member Rmin yang paling maksimum (biasanya yang melewati feed)
Reflux maksimum (N = minimum): D = = , letak titik di tak terhingga B = = , letak titik ̅ di tak terhingga
Universitas Gadjah Mada 39 Atau garis operasi berupa garis tegak lurus pada masing – masing komposisi. (Lihat gambar 6.11 dan 6.14, Foust).
Universitas Gadjah Mada 40
Open Steam
Uap pembawa panas dari reboiler diganti dengan steam dari sumber lain, sehingga biasanya bebas dari komponen yang dipisahkan.
Universitas Gadjah Mada 41 Untuk sesi atas (Enriching), sama dengan proses distilasi yang sudah dibahas.
Jika kondensor total : y1 = X0 = XD
letak tegak lurus pada Letak titik ditentukan dengan neraca entalpi
Sekitar kondensor: Bila QCD yang diketahui
Universitas Gadjah Mada 42 dengan:
Bila yang diketahui, maka:
Sesi stripping:
dengan:
̅ , Lm dan Vm+1 pada satu garis lurus pada garis seimbang. Neraca massa di sekitar kolom:
dengan:
Contoh soal (Brown, 1950)
Tentukan jumlah stage seimbang yang diperlukan untuk memisahkan campuran etanol-air dengan konsentrasi etanol 42,2% menjadi distilat dengan konsentrasi etanol 90% dan hasil bawah dengan konsentrasi etanol 10%. Dsitilasi mi menggunakan open steam yang mempunyai entalpi 1.200 BTU/lb, lalu dimasukkan langsung dari bagian bawah kolom dengan kecepatan 0,416 lb steam per lb umpan. Umpan masuk dengan entalpi 200 BTU/lb dan hasil atas (distilat) mempunyai entalpi 50 BTU/Ib diperoleh dengan menggunakan kondensor total.
Universitas Gadjah Mada 43
INTERMEDIATE STREAM
Dalam operasi perpindahan massa (operasi pemisahan) ada kemungkinan lebih dari satu umpan yang dimasukkan atau lebih dari dua hasil yang diambil, arus-arus ini disebut sebagai arus intermediate:
Universitas Gadjah Mada 44 Persamaan yang dapat disusun pada keadaan ini adalah:
dengan :
Data-data yang diketahui adalah komposisi dan jumlah arus-arus terminal. Data lain yang merupakan parameter perancangan yang diambil atau ditentukan adalah atau N.
Jika diketahui, maka akan didapatkan:
Untuk menentukan titik :
Persamaan (1) , terletak pada garis ̅̅̅̅̅̅̅ atau ̅̅̅̅̅̅̅ sehingga , , dan sudah dapat ditentukan.
Universitas Gadjah Mada 45 Menentukan titik ̿:
Persamaan (2) ̅ terletak pada garis ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅
Persamaan (5a) titik dapat ditentukan
Persamaan (5b) ̅ terletak pada garis ̅̅̅̅̅̅̅
Menentukan titik ̿:
Persamaan (6) ̿ terletak pada garis ̅̅̅̅̅̅
Universitas Gadjah Mada 46 Bagaimana jika arus’ I’ bukan merupakan umpan tetapi merupakan hasil?
Cara pengerjaannya sama seperti di atas, yang berbeda hanya pada persamaan (5) (5) F – I + = ̅
(5a) F + I = (prinsip pengurangan) Dalam garis digambarkan sebagai berikut:
Untuk yang lain sama dengan gambar terdahulu.
Penyulingan dengan Umpan Ganda
Cara yang dilakukan sama dengan seperti proses ekstraksi, hanya dalam hal ini menggunakan diagram entalpi-komposisi.
Universitas Gadjah Mada 47 Persamaan-persamaan yang dapat disusun: