FRAKSINASI/DISTILASI BERTINGKAT

Fraksinasi/Rektifikasi• Vessel atau kolom itu sendiri, dimana pada kolom ini

lah terjadi pemisahan, aliran yang terjadi di dalamnya secara countercurrent, uap yang berasal dari reboiler naik kebagian atas kolom, sedangkan liquid yang disupplai dari reflux turun ke bawah. Didalam kolom terdapat plate (stage) pada plate ini lah terjadi proses pemisahan yang efektif.

• Condenser, berfungsi untuk mengkondensasikan uap (V’) yang berasal dari kolom, condenser dapat mengkondensasikan seluruh uap yang berasal dari kolom (disebut juga dengan total kondenser, tidak dihitung sebagai 1 stage), atau dapat pula mengkondensasikan sebagaian uap (partial kondenser, dihitung sebagai 1 stage )

• Accumulator, berfungsi sebagai penyedia reflux (R )• Reboiler , menguapkan kembali liquid yang berasal dari

kolom distilasi ( L” ) dan (umumnya dihitung sebagai 1 stage )

• Fraksi ringan (light key) akan keluar sebagai distilat

• Fraksi lebih berat (heavy key) akan keluar sebagai residu/bottom

• Sebagian distilat dikembalikan lagi untuk menjaga jml uap reflux

Proses Pemisahan

• Umpan masuk cairan, masuk reboiler uap ke atasmasuk kondenser uap mengembun (cair)

• Pada saat kontak terjadi pemisahan komponen:– Komponen ringan ke atas bersama uap– Kmponen berat ke bawah bersama cairan

V,y1

D,xDLo,xo

F,zf

V

B, xB

L

1. Tekanan (P) di seluruh menara sama

2. Keadaan operasi telah steady state.

Neraca massa total :F = D + B

Neraca massa komponen :F.zf = D.xD + B. xB

D dan B bisa dihitung Neraca Panas :F. Hf + Qr = D.Hd + B.hB+Qc

KondensorNeraca Panas :

V1.H1 = Qc + Lo.Ho + D. Hd1. Kondensor Total : seluruh uap yang masuk dapat

diembunkany1 = xo= xd Ho = HdQc = V1.H1-(Lo+D).Hd

= (Lo+D).H1- (Lo+D).Hd = (Lo+D).(H1- Hd) = (R+1) (H1- Hd)2. Kondensor parsial : sebagian uap masuk kondensor

diembunkan

N

N+1

NM sekitar plate ke-n:Vn+1= Ln +DNeraca komponen :Vn+1.yn+1 = Ln.xn+ D.xd

.. Pers grs operasi atas

Garis OperasiSeksi atas (rectifying):

n-1

n

n+1

D

dn

nn

nn x

DLDx

DLLy

1

dn

nn

nn x

DDDLDDx

DDDLDLy

///

/1

111 R

xxRRy d

nn

Vn+1

Ln

Garis Operasi Atas

Slope :R/(R+1)Intercept :Xd/(R+1)

111 R

xxRRy d

nn

N

N+1

NM sekitar plate ke-n:Vm+1+B = Lm Neraca komponen :Vm+1.ym+1 +B.xB = Lm.xm

.. Pers grs operasi bawah

Garis OperasiSeksi Bawah (stripping):

m-1

m

m+1

B,xB

Bm

mm

mm x

BLBx

BLLy

1

Bmn xVBx

VBVy

1

Bm

mm

mm x

VBx

VBVy

11

11

Garis Operasi Bawah

Bmn xVBx

VBVy

1

Garis umpan (q-line)

Garis q :tempat kedudukan ttk potong garis operasi atas dan bawah.Misalkan garis operasi berpotongan di P(XP,yP)Vn+1.yP = Ln.xP+ D.xd...........Garis operasi atasVm+1.yP +B.xP = Lm.xm ...........Garis operasi bawahyP (Vm+1.- Vm+1 )= (Lm.-Ln).xP- (B.xB+D.xd ) = (Lm.-Ln).xP- F.zfJika : (Vm+1.- Vm+1 )= (Lm-B) – (Ln+D)=(Lm-Ln)-(B+D)=Lm-Ln-FMaka fP

nmnmP zx

FLL

FLLy

1

•q = (Lm-Ln)/F selisih kec aliran antara kedua seksi / kec aliran umpan.Pers. Garis q :

•q dpt didefinisikan sbg besaran panas : kebutuhan panas untuk merubah 1 mol umpan semula (Hf) sampai menjadi uap jenuh (Hv) / panas laten penguapan (λ)

HvHHvH

qL

f

11

qz

xqqy f

PP

McCabe-Thiele

Pinch point

Reflux (R) = Lo/D• R perlu dirancang

– menentukan jml stage• R total :

– seluruh kondensat kembali ke menara, seluruh cairan bawah mendidih menjadi uap , tidak ada umpan segar.

– Jml stage minimal agar tercapai pemisahan.– Diameter menara tak hingga – Menurut Fenske dapat dicari jml plate minimal :

• R min– Pemisahan terjadi jika jml stage : tak hingga

• Ropt/Roperasional– Rmin < Ropt <Rtotal– Dipilih untuk peranc menara karena biaya minimal– Semakin besar R, jml stage makin kecil tetapi kebutuhan steam dan air

bertambah shg meningkatkan biaya operasional– Ropt = 1,2-1,5 Rmin

avg

B

B

D

D

xx

xx

Nlog

11

log

min

•Pada q > 1 ( umpan pada kondisi dingin ) sebagian uap pada aliran V akan terkondensasikan dan aliran yang terkondensasikan tersebut akan menambah jumlah total liquid yang berada dibagian stripping disamping itu, dengan terjadi kondensasi berarti uap melepas panas sebesar Q, dan Q tersebut akan digunakan untuk memanaskan umpan hingga mencapai titik didihnya (bubble point).•Pada q = 1 ( umpan pada kondisi bubble point atau saturated liquid atau liquid jenuh ), aliran umpan akan menambah jumlah aliran total liquid pada bagian stripping.

•Pada 0 < q < 1, umpan berada dalam kesetimbangan uap-cair, dimana terdapat sejumlah liquid dan uap pada umpan dan keduanya menambah jumlah aliran pada stripping ( untuk liquid ) dan rectifying (untuk uap )•Pada q=0,umpan berada dalam keadaan uap jenuh atau dew point, dengan kondisi umpan seperti ini, uap akan langsung naik ke atas, dan hal ini akan menambah jumlah aliran uap yang berada pada bagian rectifying•Pada q>1,umpan berada dalam keadaan superheated vapour atau panas lanjut, umpan seperti ini akan menguapkan sebagian dari liquid (L) yang berada pada bagian rectifying sehingga akan menambah jumlah aliran total uap pada bagian rectifying tersebut, umpan yang telah melepaskan sebagian panas tadi akan berada dalam kondisi uap jenuh.

CONTOH SOAL 4• Suatu menara fraksinasi kontinyu bekerja pada tekanan

14,7 psia. Direncanakan untuk memisahkan 30000 lb/jam larutan benzena dan toluen yang mengandung 0,4 fraksi massa benzena shg didapatkan hasil puncak yang mengandung 0,97 fraksi massa benzena dan hasil dasar 0,98 fraksi massa toluen. Perbandingan reflux (R) = 3,5. Umpan masuk sebagai cairan pada titik didihnya dan reflux kembali ke menara juga pada titik didihnya.

• Buat garis operasi atas dan bawahnya• Tentukan jumlah plate aktual jika eff menara : 0,6.

ToF PB,mmHg Ptol,mmHg176,2 760 

180 811 314185 882 345190 957 378195 1037 414200 1123 452205 1214 494210 1310 538215 1412 585220 1520 635225 1625 689230 1756 747

231,1  760

Kesetimbangan Benzena-Toluena

McCabe Thiele Plate Calculator

McCabe Thiele Plate Calculator keluaran dari Vaxasoftwarehttp://www.downloadsofts.com/download/Business/Math-Scientific-Tools/download-MCTH-McCabe-Thiele-Plates-Calculator.html