8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3

8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3

1/28

1

Kebutuhan pemanas dan pendingin

Pemanas dibutuhkan untuk memanaskanaliran produk bawah di reboiler.

Pendingin digunakan untuk mengembunkan aliran uap dari atas kolom di kondensor.


2/28

2

eraca energi pada kolom distilasierhitungan beban kondensor dan kebutuhan air pendinginerhitungan kebutuhan uap air untuk reboiler.atihan


3/28

3

Kondensor utk bensena dan reboiler utk toluena


4/28

4

Reboiler


5/28

5

Kolom distilasi – variabel yang dispesifkasi

1. Tekanan operasi/kolom Pc.

!. La"u alir

umpan #.$. Komposisi umpan %.

&. 'uhu umpan T#( entalpi h#( atau kualitas umpan

) * L/#.+. 'uhu re,uks T-( atau entalpi h.

. Perbandingan re,uks L/( atau komposisi distilat 0.

. Komposisi produk ba2ah 03.


6/28

6

K

R

Vpel

LVrek

V1, y1

D , xD, hDL

W , xW,hW

V, yR

Neraca total

# * 4 3

# 0#h##.%# * 3.03 4 0

Neraca komponen

Neraca energi

#.h#4 5K 4 5- * .h 4

3.h3

5-

5K


7/28

7

6liran distilat dan produk ba2ah

6liran distilat

6liran produk ba2ah 3

#

00

%0.#3

3

−

−=−=

#00

0%.

3

3#

−−

=


8/28

8

Kondisi Kondensor

7anya sebagian uap 8 91: yg masuk ke kondensor diembunkan.

6liran dari kondensor terdiri dari uap dan cairan "enuh.

istilat 8: dikeluarkan sebagai uap "enuh dan cairan re,uks L;

dikembalikan ke kolom sebagai cairan "enuh.

Karena kedua aliran 8uap dan cairan: pada kondisi "enuh

maka kondensor parsial merupakan satu tahap kesetimbangan.

K

istilaty

8uap:

L;

91

L9

Kondensor parsial


9/28

9

Boilup

-e,uks

reboiler parsial

Produk bawah

uapdistilat

Kurva keset.

grs. 45°

x=zF0<

y<

yN q-line ,

−

−

−

=1)

%0

1)

)y #

y

umpan

Kondensor parsial

olom distilasi dgn kondensor parsial

Komposisi distilat adalah y diletakkan

pada

sumbu y kemudian ditarik kediagonal dandibuat pentahapan ke arah kurvakesetimbangan.


10/28

10

mua uap yang masuk ke kondensor 91

mbunkan men"adi cairan. =airan tersebut kemudian

agi men"adi dua aliran yaitu aliran distilat dan re,uks Lng dikembalikan lagi ke kolom.

K

L;

91

1

91

9!L1

5= Kondensor total


11/28

Operasi Teknik Kimia 3 - Kuliah 4 11

Yg perlu diperhatikan pada kondensor total

Fraksi mol aliran uap dr puncakkolom (y 1) sama dengan fraksi mol

cairan distilat xD dan x0K

0

L; 0;1

91

9!

L1

5=

91 y1

y 1 = xD = xo

Kondisi embunan dari kondensor harus dispesifikasi apakah cairan jenuhatau cairan dingin (subcooled ) guna menentukan beban kondensor!"eban kondensor dihitung dengan neraca energi!


12/28

12

Neraca massa kondensor total

91 * L

; 4

K

L;

91

1

91

Neraca massa komponen >

91y1 * L;0; 4 0

9!L1

..

L1..

.

L9

oo1

+=+

=

Perbandingan -e,u0 – Lo/


13/28

13

Neraca energi kondensor total

ooDC11 hLDhQHV +=+

)HD(hD

L1Q 1D

oC −

+=

)HF(hx-x

x-z

D

L1Q

1DBD

BFo

C

−

+=

K

L; h;1

91 71

9!L1

5=

h

91 71


14/28

14

-eboiler parsial

W, xWL 0b

yR

9yR L

xwb

eboiler seperti pada gambar ini menguapkan kembali sebagian

ari cairan yang berasal dari tahap b 8* : dan sisanya diambil sebagaroduk ba2ah 8* 3 :. ?ap yang dikembalikan ke dalam kolom setimbanengan produk ba2ah masing@masing dengan kadar y-dan 03.

L


15/28

15

-eboiler total

6pabila produk ba2ah langsung diambildari dasar kolom 8berasal dari tahap terba2ahdan reboiler menguapkan seluruh cairan yang masuk ke reboiler tersebut maka reboilerseperti ini disebut reboiler total 8seperti terlihpada gambar:

W, xWL, x b

V

yR

L

xw b

Konstruksi b!in bwh ko"o# $%n!n r%boi"%r tot"

Kr%n xW & x b $n & ' W, #k r%boi"%r ti$k #%ru(kn

th( i$%" kr%n x b ti$k s%ti#bn! $%n!n yR )

D%n!n $%#ikin s%!iti! ("in! bwh ($ (%n%ntun th( i$%"

$%n!n #%to$ *+Cb% - hi%"% #%nytkn th( t%rbwh)

L V


16/28

16

CFBDR QFhBhDhQ −−+=

)hD(HD

L

1FhBhDhQ D1o

FBDR −

++−+=

:h87

L1#h#h

00

%0#h

00

0%5 1

o#<


17/28

17

kondenser total

Umpan

Overhead vapor

Boilup

refluks dingin

( subcooled reflux)

drum re,uks

Bottoms

Partial reboiler

Refluks Distilat

Aika cairan re,uks lebih dingin dari pada titik didihnya makare,uks akan mengembunkan sebagian uap di bagian ataskolom. 7al ini menyebabkan perubahan perbandingan re,uksterhadap perbandingan re,uks internal

akan mengembunkan

sebagian uap

Kolom distilasi dengan refuks dingin


18/28

18

?ap 89101:

Boilup

-eboiler parsial

Umpan

kondenser total

drum re,uks Refluks

istilat0

Aumlah tambahan re,uks 8dari embunan:dipengaruhi oleh kapasitas panas cairan

dan panas penguapan uap.

subLuap TRCpHR ∆=∆′

-e,uks total 8disebut re,uks internal: men"adi "umlah dari aliran re,uks dan cairan dari uapyg terkondensasi oleh re,uks dingin.

Rint = R + R’

∆ Tsub adalah selisih suhu re,uks dari titik didihnya Produk ba2ah

03


19/28

19

H

T

# b

P1P2

Pcr

VL

uapH∆

( )dPT1VdTPCdH α−+=

Baris cairan "enuh8titik gelembung:

L

0 8L:

9

0189:;; 1;03

T

∆

∆+=

uap

subL

int H

TCp1RR


20/28

20

K

R

Vpel

!umpan"

#

LVrek

V1, y1D , x

D

L

V rektifikasi = V pelucutan + ( 1 – q ) F

W , xW

V, yR

# cairan "enuh ) * 1 9rek *

# cairan dingin ) C 1

9rek D# camp. ?ap E cairan 9rek ≠

# uap "enuh ) * 1 9rek *

4 #

# uap panas ) D ; 9rek C

%"V

%"V

%"V

%"V

%"V


21/28

21

Karena biasanya kolom distilasi beroperasi secara adiabatik, maka dibutukan pemanas untuk memanaskan aliran produk ba!adi reboiler, sedan"kan pendin"in di"unakan untuk men"embunkanaliran uap dari atas kolom di kondensor#

Kebutuan uap air untuk pemanas reboiler $

ms• = #λ % λsV

ms• = massa uap air y" dibutukan

= la&u alir uap dari reboiler = Vpelucutan

λ = panas laten molar uap di ba"ian pelucutan ,

λs = panas laten uap air

V


22/28

22

Kebutuan air pendin"in untuk kondensor $

m•' = kebutuan air pendin"in (k"%&am)p' = kapasitas panas air pendin"in, k%k"

o

Vtot = Vrek = V1 = la&u alir uap yan" akan diembunkan , kmol%&am

λV

= panas laten pen"embunan uap V1

, k%kmol

(* 1 – * ) = kenaikan suu air pendin"in (o atau K )

( ) W1

VtotW

C(

1x

V#

−=•

.


23/28

23

conto $

ampuran y" terdiri dari - . berat bensena dan /- . toluena dipisakan pada sebua kolom distilasi, men&adi produk atas den"an kandun"an 0 .

berat bensena dan produk ba!a y" men"andun" 02 . berat toluena#3erbandin"an refluks utk operasi ini adala 4,5 mol refluks per mol produk#3anas laten molar bensena dan toluena masin"6masin" adala 4-,/5 k%moldan 44, k%mol# ampuran bensena6toluena tersebut membentukcampuran ideal den"an kemuapan relatif sekitar ,5#7mpan y" dimasukkan, titik didinya 05 o pada tekanan 1 atm#

a# 8itun" &umla mol%&am produk atas dan produk ba!a#b# *entukan &umla taap ideal dan letak taap umpan, bila $ i# umpan masuk berupa cairan pada titik didinya#

ii# umpan masuk berupa cairan pada suu -o

,p umpan = -, kal%" o# iii# umpan terdiri dari %4 ba"ian uap dan 1%4 ba"ian cairan#


24/28

Operasi Teknik Kimia 3 - Kuliah 4 24

ii# 7mpan masuk berupa cairan pada suu - o, p umpan = 1,2 9 1- 64 k%" o

bensena=30,765 kJ/mol, toluena=33,47 kJ/mol, ttk didi umpan = 05o

9260

7840

7840

Fx +=

:#; bensena = 2 , :#;# toluena = 0

Konsentrasi umpan $

Konsentrasi distilat (produk atas) $

= 0,440 (fraksi bensena di umpan)

923

7897

7897

Dx += = -,0

Konsentrasi residu (produk ba!a) $/

/00

0

Wx += = -,-45

( )926078402rata

100umpanBM

+= = 25,2 k"%kmol


25/28

25

.

1,4

Kemirin"an "aris umpan = 6 q % ( 16q )= 6 1 % ( 1 6 1,4 ) = 4,-

3anas laten pen"uapan umpan (rata6rata )$λ = 0,44(30,765) + 0,56(33,47) = 4,2 k%mol = 42- k%kmol = 42-%25,2 = 4/ k%k" = -,4/ k%"


26/28

26

c# ika di"unakan uap air bertekanan 1,4/ atm seba"ai pemanas padakasus butir b#, itun" &umla uap air y" diperlukan untuk ii#

d# ika untuk pendin"in kondensor di"unakan air pendin"in pada

suu 5 o dan keluar dari kondensor pada suu - o, itun" &umla kebutuan air pendin"in dalam m4%&am#

Vtotal = Vrek = ,5 9 154, = /0- kmol%&am#

?eraca massa total $ F = ' + , 45- = ' +

?eraca komponen $ F#9F = '# 9' + #9 ,

45- # -,- = ' # -,-45 + # -,0

= 154, kmol%&am , ' = 10/,/ kmol%&am

R = 4,5 =


27/28

27

V rektifikasi = V pelucutan + ( 1 – q ) F

Vpel = Vrek 6 (16q) F q = 1,4 , F = 45- kmol%&am

Vpel = /0- – ( 1 – 1,4) 45- = 210,5 kmol%&am

Kebutuan uap air untuk reboiler $ m•s = ( Vpel #λtoluena ) % λs

kebutuan uap air ( 1,4/ bar) $ m•s = (210,5 kmol%&am)(44 - k%kmol)%( 4) k%k" uap air = 1 22,22 k" uap air%&am

7ap air panas yan" di"unakan bertekanan 1,4/ bar#dari *abel uap &enu, panas laten uap air tersebut λs = 4 k%k"

λtoluena = 44, k%mol = ( 44 - k%kmol)


28/28

28

( ) W1

VtotW

C(

1x

V#

−=•

.

Vtotal = Vrek = ,5 9 154, = /0- kmol%&am

panas laten pen"embunan uap = panas laten pen"uapan bensena

λV = λbensena=4-,/5 k%mol = 4- /5 k%kmol

* 1 – * = ( - – 5 ) = 15o

p' = 5, %mol K = 5, k%kmolo = 5,%12 = ,120 k%k" o

( ) ( )

( ) 10/,2

1x

13

45636/5#W =

•,

m@' = 44 245 k"%&am

densitas air rata6rata $ 00/,4 k"%m4

kebutuan air pendin"in $

kebutuan air pendin"in = 440,1 m4 % &am

Documents

8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3