Distilasi Multikomponen: Teori dan Visualisasi Diagram

DISTILASI

MULTIKOMPONEN

Campuran Biner:

yA

y_B = 1- y_A

xA

xB = 1- xA

P, T

ada 4 variabel : P , T , yA , xA

P: konstan

T:

konstan

Æ T , xA , yA

Æ P , xA , yA

Æ T-x-y diagram

Æ P-x-y

diagram x-y diagram

perhitungan dengan

campuaran biner dapat divisualisasi dengan

diagram

A B A

B

Campuran Multikomponen

Æ 3

komponen/lebih:

Campuran 3 komponen

y_A y_B

yC = 1- yA - yB

C

x_A x_B

xC= 1- xA - xB

P, T

Ada 6 variabel : P, T, y_A, y_B, x_A,

xB,

x_B

yB

P: konstan ? T:

konstan

Æ T, x_A, y_A,

Æ P, xA, yA, xB, yB ?

visualisasi dengan diagram Æ sulit

Campuran 4, 5, komponen , …dst

Æ tidak dapat divisualisasikan dengan

diagram.

Æ harus dinyatakan dalam bentuk

persamaan²

A B

A B

C

Istilah penting:

Komponen kunci ( key component)

untuk campuran biner:

A B

A B

A

Penyusunan B

komponen:

atas dasar kemudahan menguap

(dari harga α besar ke kecil) untuk campuran terner:

A B } A } C

B A

{ B C { ^A

B

C _B

C} A }

B C

komponen yang

A,B atau B,C

terdistribusi:

untuk campuran quartener:

A B C A

B } }

A { B C D {A

B C D

B } C D A }

B C D

A B C D

kompone

n yan

terdistribug si:

• A , B

• B , C atau

• C , D

} A

B {C D

C } D

komponen terdistribusi

Æ key

component

(komponen kunci) komp ringan Æ light key component

(LK)

komponen kunci ringan

Æ heavy key component (HK)

komponen kunci berat

komp berat

Kasus khusus:

A B C D

}

A B C D E

{

B C D E

}

K o m p o n e n te r d is tr ib u s i : B - C - D

Kesetimbang an

yA, yB, yC, yD

}

komposisi setimbang

xA, xB, xC, xD

P, T

KA = yA/xA KB = yB/xB

KC = yC/xC KD = yD/xD

Æ fungsi T, P

Ki = yi / xi bila P < 30

atm

Harga Ki (tiap komponen di tiap aliran):

- data termodinamika - peramalan

K

i

= f (T,P)

A B C D A B

C D

ANALISIS PERHITUNGAN

1.Metoda pintas (shortcut method)

2.Metoda eksak (rigorous method)

METODA PINTAS

Umum: Metoda FUG

(Fenske, Underwood, Gilliand)

+ Kirkbride

Fenske: tahap minimum (total refluks)

dan koreksi komposisi.

refluks ratio minimum tahap teoritis

tahap teoritis bagian atas dan

bagian bawah umpan

Underwood:

Gilliand:

Kirkbride :

Notasi:

i : nomor komponen (1, 2, …, C)

disusun menurut kemudahan menguap (

harga K)

F : laju

D : laju

molar

mola r mola r

umpan

distilat/produk atas produk bawah

B : laju

fi: di: bi:

laju

laju laju

molar

mola r mola r

komponen

kompone n

kompone n

i

i i

dalam

dala m dala m

umpan

distila t

produ k

bawah

1. Temperatur Umpan dan Produk

T d i s t i la t ?

T _{u m p a n} ?

k b a w a h ?

Pada P konstan:

T

^Æ

diketahui

umpan

T Æ komposisi diketahui cair jenuh Æ T bubble uap jenuh Æ T dew

distilat

T Æ komposisi dihitung

cair jenuh Æ T bubble

produk bawah

2. Volatilitas Relatif (relative volatility)

mengacu ke HK

αi = K_i / K_HK

T _{p r o d u}

Fenske:

• Menentukan jumlah tahap minimum Nm dan

koreksi komposisi produk atas &

bawah

⎨ ⎬

⎩ d _HK b_LK ⎭

N = log

αLK,ave

αLK,ave

=

αLK,distilat

x

αLK,produk bawah

⎡ K _LK ⎤

α = ⎢ ⎥

⎦distilat LK,distilat

⎣ K _HK

⎡ K _LK ⎤

α = ⎢ ⎥

⎦produk bawah LK,produk bawah

⎣ K _HK

LK dan HK ditetapkan! Æ Nm: terhitung

log ⎧ d _LK b_HK ⎫

m

• Koreksi komposisi (bila perlu)

diketahui N_m , d_HK

&

^b_HK

:

d_i persamaan Fenske

→

b_i

d_i + b_i = f_i → d_i dan b_i

karena

→

komposisi distilat produk atas terkoreksi

Underwood:

• menghitung reflux ratio minimum, Rm

• memakai 2 persamaan

1. Persamaan Underwood I

• memakai data umpan

• menghitung Φ : konstanta Underwood

2. Persamaan Underwood II

• memakai data umpan dan Φ

• menghitung V∞, kemudian Rm

Persamaan Underwood I

∑

⎢

i i

V =

^F

⎥

• VF = laju molar umpan yang ada dalam

bentuk uap

[VF = 0

[VF = F

Æ umpan cair jenuh/subcooled]

Æ umpan uap

jenuh/superheated]

• penyelesaian : trial and error/iteratif

• ada sebanyak c harga Φ yang sesuai namun

hanya satu yang berlaku yaitu 1 <

Φ <

αLK

Persamaan Underwood II

∑

⎢

i i

V =

^∞

⎥

m

D

C ⎡ α .d ⎤

i=1 ⎣ αⁱ - φ ⎦ R = V_∞

- 1

C ⎡

α .f

^⎤

i=1 ⎣ αⁱ - φ ⎦

Gilliland:

• menghitung jumlah tahap teoritis N

• memakai harga Nm (dari Fenske) dan

Rm (dari Underwood)

• memakai harga R yang ditetapkan

(beberapa kali harga Rm)

• korelasi dalam bentuk grafik (linier-

linier atau log-log) atau bentuk persamaan

• salah satu contoh grafik:

Kirkbride:

• menghitung tahap bagian atas NA dan tahap bagian bawah umpan

• NA + NB = N

N_B

⎡ D

⎢⎣

B

⎛

b_LK ⎞

⎤

N_A f_HK

log = 0,206 log

N_B f_LK ⎝ d_HK ⎠

2

⎢ ⎜ ⎟

⎥