Upload
gifari-setyarso
View
78
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Vle Calc
Citation preview
VLE dari Korelasi nilai K Penggunaan utama hubungan kesetimbangan fasa, yaitu
dalam perancangan proses pemisahan yang bergantungpada kecenderungan zat-zat kimia yang diberikan untukmendistribusikan diri, terutama dalam satu atau lain fasakesetimbangan.kesetimbangan.
Sebuah ukuran yang mudah terhadap kecenderungan iniberkenaan dengan VLE yaitu rasio kesetimbangan Ki , yangdapat dinyatakan sebagai sebuah fungsi dari variabel-variabel termodinamik melalui :
i
ii x
yK (1)
PP
xyK v
i
satii
vi
li
i
ii
Atau :
(2)
Sebuah nilai K (K-value) atau koefisien distribusi berlaku
sebagai ukuran keringanan sebuah komponen, yaitu
kecenderungannya untuk terkonsentrasi dalam fasa uap.
Jika Ki >1 komponen i terkonsentrasi dalam fasa uap
Jika Ki
iii xKy Dari pers (1) di atas :
karena :
1i
ii xK
1i
iy
(3)
(4)
i
1i
ii xK Untuk menghitung titikgelembung (bubble point) dimanaxi diketahui,
Bagaimana menemukan nilai Kyang sesuai persamaan (5)?
(5)
iii K
yx Alernaif lain pers (1) :
karena :
1i
ii xK
1i
ix (7)
(6)
i
1i i
i
Ky
Untuk menghitung titik embun(dew point) dimana yi diketahui,
Bagaimana menemukan nilai Kyang sesuai persamaan (8) ?
(8)
jiij K
K
Rasio nilai K (K-value) untuk dua komponen menunjukkanvolatilitas relatifnya :
(9)
ij = volatilitas komponen i relatif terhadap komponen jij = volatilitas komponen i relatif terhadap komponen j
Persamaan-persamaan di atas membentuk basis dua alternatifpendekatan untuk perhitungan ksetimbangan uap-cair.
vi
li
iK
PPK vi
satii
i
berdasarkan EOS
berdasarkan model koefisien aktifitas fasa cair
dew calculation
Contoh 1 :Untuk campuran 10 % mol metana,20 % mol etana, dan 70% mol propanapada 50oF. Tentukan :a. Tekanan titik embun (dew point)b. Tekanan titik gelembung (bubble point)Nilai K diberikan pada gambar di samping.
dew calculation
bubble calculation
Penyelesaian :a) Ketika sistem pada titik embunnya hanya sedikit jumlah cairan yang ada, dan fraksi
mol yang diberikan adalah nilai yi
Untuk temperatur yang diberikan, nilai K tergantung pada pemilihan P, dan dengan
trial-error kita cari nilai yang sesuai persamaan (8). Hasil untuk beberapa nilai P
diberikan berikut :
P = 100 (psia) P = 150 (psia) P = 126 (psia)
Spesies
Metana
Etana
Propana
yi Ki yi/Ki Ki yi/Ki Ki yi/Ki
0,10
0,20
0,70
20,00
3,25
0,92
0,005
0,062
0,761
13,2
2,25
0,65
0,008
0,089
1,077
16,00
2,65
0,762
0,006
0,075
0,919
(yi/Ki) = 0,828 (yi/Ki) = 1,174 (yi/Ki) = 1,000
Hasil yang diberikan pada dua kolom terakhir menunjukkan bahwa persamaan (8)sesuai ketika P =126 (psia). Ini adalah tekanan dewpoint, komposisi dew diberikanoleh nilai xi = yi/Ki tertera di kolom terakhir tabel.
b) Ketika campuran hampir terkondensasi seluruhnya, kondisi ini merupakan titik
gelembungnya, dan fraksi mol yang diberikan sebagai nilai xi.
Dalam kasus ini kita mencari dengan trial-error nilai P yang nilai K-nya sesuai
persamaan (5). Hasil untuk beberapa P diberikan pada tabel berikut
Spesies
P = 380 (psia) P = 400 (psia) P = 385 (psia)
xi Ki Kixi Ki Kixi Ki Kixi
Metana
Etana
Propana
xi Ki Kixi Ki Kixi Ki Kixi
0,10
0,20
0,70
5,60
1,11
0,335
0,65
0,222
0,235
5,25
1,07
0,32
0,525
0,214
0,224
5,49
1,10
0,33
0,549
0,220
0,231
Kixi = 1,017 Kixi = 0,963 Kixi = 1,000
Hasil yang diberikan pada dua kolom terakhir menunjukkan bahwa persamaan (5)sesuai ketika P = 385 (psia). Ini adalah tekanan dewpoint, komposisi dew diberikanoleh nilai yi = Ki xi tertera di kolom terakhir tabel.
o Jika keadaan kesetimbangan sebuah sistem PVT tertutup, yangterbentuk dari jumlah awal tertentu zat kimia yang dicampurkan,ditentukan sepenuhnya oleh dua sifat sistem sembarang, asalkandua sifat ini merupakan variabel bebas pada keseimbangan.
Suhu dan tekanan memenuhi syarat sebagi sifat seperti itu, untuk
Nilai K dan Perhitungan Flash
o Suhu dan tekanan memenuhi syarat sebagi sifat seperti itu, untuksemua sistem yang terdiri dari lebih satu komponen. Maka,menurut teorema Duhem, secara prinsip kita dapat menghitungkomposisi fase-fase keseimbangan pada t dan P tertentu, jika kitatahu seluruh fraksi mol z1, z2, ,zm dari m komponen.
o Komputasi jenis ini apabila dikerjakan untuk sebuah VLE disebutperhitungan kilat (flash calculation)
o Flash merupakan distilasi dengan satu tahap kesetimbangan
o Misalkan suatu proses sederhana dimana umpanmultikomponen dipisahkan menjadi fasa uap dan cair yangberada dalam kesetimbangan.
o Neraca massa otal dan komponen dapat dituliskan :
LVF (10)
iii LxVyFz
F : laju alir umpanV : laju alir uap dari separatorL : laju alir uap dari separatorzi : mol fraksi komponen i dalam umpanyi : mol fraksi komponen i dalam uapxi : mol fraksi komponen i dalam cairan
(11)
o Hubungan kesetimbangan uap-cair dapat dapat didefinisikandakan nilai K
iii xKy
o Per. (9) sampai (12) dapat diselesaikan untuk menyatakankomposisi fasa uap dan cair yang meningalkan separator
izy
(12)
i
ii
KFV
FV
zy11
(13)
11
FVK
zxi
ii (14)
o Fraksi uap (V/F) pada per. (13) dan (14) terleak pada kisaran0 V/F 1.
Pada tekanan dan suhu tertentu per. (13) dan (14) perludiseleaikan secara trial dan error. Diberikan dengan:
1N
ii
N
ii xy
N adalah jumlah komponen, selanjutnya:
(15)
NN
FVf
KFV
KzN
i
i
0
11
1
(16)
(17)
0N
ii
N
ii xy
Subtitusi persamaan (13) dan (14) ke per (16) diperoleh:
Untuk menyelesaikan persamaan (17), mulai dengan asumsi nilaiV/F dan hitung nilai f(V/F) dan cari nilai V/F sampai fungsimendekati nol.
Pada saat perhitungan bubble point maka nilai V/F : 0. Pers. (17)menjadi :
01 N
i Kz (18) 01 i
i Kz (18)
(20)
1N
iiiKz
dan karena :
1N
iiz
Pers. (18) menjadi:
(21)
Pada saat perhitungan dew point maka nilai V/F : 1. Pers. (17)menjadi :
(22)
Jika kondisi umpan zi diketahui, pers (21) dan (22) dapat
1N
i i
i
Kz
Jika kondisi umpan zi diketahui, pers (21) dan (22) dapatdigunakan untuk mendapatkan T pada P tertentu ataumendapatkan P pada T tertentu.