Distilasi Metode Ponchon Savarit [PDF]

Citation preview

KOLOM DISTILASI DENGAN METODE PONCHON SAVARIT



Oleh: Nove Kartika Erliyanti, S.T., M.T.



Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur



Metode McCabe & Thiele ❖ Aliran dianggap equimolar ❖ Panas laten adalah sama ❖ Perbedaan panas sensible diabaikan



Metode Ponchon Savarit ❖ Aliran dianggap tidak ekimolar overflow. ❖ Diperlukan data entalpi-konesentrasi sebagai fungsi konsentrasi liquid dan konsentrasi uap. ❖ Perhitungan jumlah stage dilakukan secara analisa grafis yang memerlukan neraca entalpi. ❖ Sehingga memerlukan 2 kurva yakni : a. Bagian bawah : kurva kesetimbangan (x,y) dan garis diagonal b. Bagian atas : diagram entalpi konsentrasi



Ponchon Savarit



Kurva kesetimbangan dan entalpi-konsentrasi secara Ponchon-Savarit



Ponchon Savarit Neraca massa, neraca komponen dan neraca energi adalah : (1) F = D+B F xF = D xD + B xB (2) F hF + q R = D hD + B hB + q C (3) q  q    F hF = D hD + C  + B  hB − R  D B  



(4)



Substitusi pers. (1) ke pers. (2) dan pers. (4) (D + B ).xF = D.xD + B.xB (5) qC  qR    (6) (D + B )hF = D hD +  + B hB −  



D







B



Kolom Distilasi



Ponchon Savarit Sehingga diperoleh : q   hF −  hB − R  D xF − xB B  = = q  B xD − xF   hD + C  − hF D  xF − xB xD − xF = q   q   hF −  hB − R   hD + C  − hF B  D 



(7)



(8)



Ponchon Savarit Entalpi saturated liquid (h) h = x A Cp A (T − T0 ) + (1 − x A )Cp B (T − T0 ) + H s



(9)



Entalpi saturated vapor (H) H = y A Cp A (T − T0 ) +  A  + (1 − y A )Cp B (T − T0 ) +  B 



(10)



dimana : x A,B



: mol fraksi komponen A, B



T



: titik didih larutan



T0



: suhu reference



Cp A,B



: panas jenis larutan A, B murni (kJ/kg.K atau kJ/kmol.K)



Hs



: panas pelarutan pada suhu reference, untuk entalpi saturated vapor dapat diabaikan



A,B



: panas penguapan komponen A, B murni



Ponchon Savarit ❖ Titik Beda



o Diperlukan titik beda kolom bagian atas dan titik beda kolom bagian bawah untuk penggambaran jumlah plate, energi kondensor, dan reboiler. 1.



Titik beda kolom atas/rectifying:



distilasi



bagian



✓ Neraca Massa: V1 = L0 + D



(11)



L0 − V1 = − D Net flow : L0 − V1 = Ln − Vn +1 =  Maka:



 = −D



(12)



Neraca Massa Kolom Distilasi



Ponchon Savarit − Neraca entalpi:



h = L0 h0 − V1 H 1



(13)



− Neraca entalpi di sekitar kondensor



V1 H 1 = L0 h0 + D h0 + qC



(14)



Jika qC = QCD D dimana Q CD : panas yang dibuang kondensor per unit massa distilat



Maka persamaan (14) menjadi :



V1 H 1 = L0 h0 + D (hD + QCD )



(15) Neraca Massa Kolom Distilasi



Ponchon Savarit − Dari pers. (13) dan (15), diperoleh : h = − D(hD + QCD ) h =



( 16)



− D(hD + QCD ) 



Dari pers. (16) dan (12) menghasilkan : h = hD + QCD



Beban Panas di Kondensor



(17)



dimana : h  : panas netflow dibagi massa netflow Neraca Masa Kolom Distilasi



Ponchon Savarit 2. Titik beda kolom distilasi bagian bawah/stripping : − Neraca massa : (18) Lm = V S + B Lm − V S = B



Net flow : Lm − VS = 



Maka :



B=



(19) Neraca Masa Kolom Distilasi



Ponchon Savarit − Neraca entalpi: h = Lm hm − VS H S



(20)



− Neraca entalpi di sekitar reboiler Lm hm = VS H S + B hB − q R qR   Lm hm = VS H S + B hB −  B 



Jika



(21)



qR = QRB B dimana Q RB : panas yang diserap reboiler per unit massa uap keluar



Maka persamaan (21) menjadi : Lm hm = VS H S + B(hB − QRB )



Neraca Masa Kolom Distilasi



(22)



Ponchon Savarit − Dari pers. (20) dan (22), diperoleh : h = B(hB − QRB ) h =



( 23)



B(hB − QRB ) 



Dari pers. (23) dan (19) menghasilkan : h = hB − QRB



Beban Panas di Reboiler



(24)



dimana : h :



netflow panas dibagi netflow massa



Dari pers. (24) nilai hB adalah negatif karena berada di bawah garis nol dari entalpi



Neraca Masa Kolom Distilasi



Reflux Ratio (Ponchon Savarit) − Jika dikaitkan dengan entalpi, maka nilai reflux ratio adalah : (25) (26) Untuk kondensor total berlaku : (27) − Rate dari refluks dapat ditentukan dari neraca energi di sekitar kondensor sebagai berikut : (28)



Reflux Ratio (Ponchon Savarit) − Jika V1=L0 + D, maka :



(29)



Dimana :



Reflux Ratio (Ponchon Savarit) − Reflux ratio internal antara dua plate bagian atas (rectifying) ditunjukkan pada persamaan :



(30) −Sedangkan reflux ratio untuk bagian bawah (stripping) : (31)



Reflux Ratio (Ponchon Savarit) − Neraca massa dan energi secara overall dapat ditunjukkan dalam persamaan berikut :



(32)



Reflux Ratio Minimum (Ponchon Savarit) − Jumlah plate tidak terhingga: − Untuk menggambar tie line dengan R minium, dilakukan dengan cara trial dan eror membuat tie line melalui F sehingga yang diperoleh adalah ∆ min. − Untuk feed berupa cairan jenuh (saturated liquid), menggambar tie line dengan cara : • Dari titik F turun ke bawah sampai kurva kesetimbangan, kemudian ke kanan memotong garis diagonal dan ke atas berhenti di kurva uap jenuh (vertikahorisontal-vertikal) • Diperoleh tie line pada R minimum • Sehingga diperoleh delta atas minimum dan delta bawah minimum.



Reflux Ratio Minimum (Ponchon Savarit) − Persamaan R minimum adalah : Rmin



h min − H 1 = H 1−h0



(32)



Reflux Ratio Minimum (Ponchon Savarit) − R minimum dengan feed saturated liquid (32)



−



R minimum dengan feed subcooled liquid



Langkah-Langkah Menentukan Plate Ideal − Data yang pada umumnya tersedia dalam menentukan jumlah plate ideal secara Ponchon Savarit adalah : • • • • • • •



Feed (F), (kg/jam) atau kmol/jam Kadar feed (xF), fraksi massa atau fraksi mol Entalpi feed (hF), J/mol atau J/kg Kadar distilat (xD), fraksi massa atau fraksi mol Kadar produk bawah (xB), fraksi massa atau fraksi mol Beban total kondensor (qC), J, cal, btu Distilat dan reflux diambil pada titik cairan jenuh nya



Langkah-Langkah Menentukan Plate Ideal



Langkah-Langkah Menentukan Plate Ideal 8. Tentukan titik (x1, h1) dengan bantuan garis kesetimbangan dengan cara : • Dari titik (y1, h1) tarik garis vertikal ke bawah memotong diagonal • Tarik garis horisontal ke kiri memotong diagram kesetimbangan • Tarik garis vertikal ke atas memotong garis cair jenuh di titik (x1, h1). • Hubungkan titik L1 yang berkoordinat di x1, h1) dengan titik V1 yang berkoordinat di (y1, H1) dengan garis putus-putus, garis tersebut adalah plate ideal atau tie line



Langkah-Langkah Menentukan Plate Ideal



Langkah-Langkah Menentukan Plate Ideal



Tugas 100 gmol feed mengandung 40% mol n-hexane dan 60% mol n-octane diumpankan per jam ke kolom distilasi sehingga didapat hasil atas dengan 92% n-hexane dan hasil bawah mengandung 7% n-hexane. Kondensor yang digunakan adalah kondensor total dan refluks dikembalikan ke kolom sebagai saturated liquid (pada titik didihnya/bublepoint). Reflux ratio R dijaga sama dengan 1,5. Feed yang masuk kolom berupa saturated liquid. Dengan Ponchon Savarit, tentukan : a.Jumlah plate minimum b.Refluks ratio minimum c.Beban panas di kondensor dan di reboiler pada kondisi refluks minimum d.Rate distilat dan produk bawah pada actual reflux ratio e.Jumlah plate teoritis f.Beban panas di kondensor dan reboiler pada reflux ratio actual



Contoh Soal 1 Data kesetimbangan dan entalpi-konsentrasi sistem n-hexane/n-ocatane Suhu (°F) 155.7 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 258.2



Fraksi mol n-hexane Cair 1 0.917 0.743 0.6 0.481 0.377 0.295 0.215 0.151 0.099 0.045 0



Uap 1 0.986 0.947 0.9 0.842 0.773 0.693 0.592 0.476 0.342 0.178 0



Fraksi mol n-hexane



Entalpi campuran, Btu/lbmol



Cair



Uap



hL (cal/gmol)



hV



0



0



7000



15700



0.1



0.36



6300



15400



0.3



0.7



5000



14700



0.5



0.85



4100



13900



0.7



0.9



3400



12900



0.9



0.95



3100



11600



1



1



3000



10000