Soal Ponchon Savarit [PDF]

Citation preview

Contoh soal II-5A



Campuran methanol-air sebanyak 200 kmol/jam dengan kadar 35% mole dan specific enthalpy 2500 kJ/kmol didistilasi dalam sebuah fraksinator hingga diperoleh produk atas dan produk bawah masing-masing dengan kadar 90% mole dan 5% mole methanol. Dipergunakan total condensor dan partial reboiler. Kolom bekerja dengan reflux ratio 1,5 x ratio minimumnya. Dengan methode Ponchon-Savarit, tentukan : (a) Rate produk atas dan produk bawah (b) Reflux ratio minimumnya (c) Jumlah plate ideal (d) Beban condensor (e) Beban reboiler (f) Jumlah plate ideal pada reflux total



Penyelesaian :



(a)Material balance keseluruhan : F = D + W 200 = D + W Neraca Komponen : F. xF = D. xD + W. xW 200 x 0.35 = 0,9 D + 0,05 W Penyelesaian kedua persamaan diatas memberikan : D = 70,6 kmol/jam W = 129,4 kmol/jam



(b) Untuk mencari reflux ratio minimum dipergunakan grafik enthalpy konsentrasinya, seperti pada Fig II-48a. Di “trial” agar diperoleh sebuah tie line (dengan bantuan kurva kesetimbangan) yang melewati titik F (feed). Bila tie line ini diperoleh, maka titik potong garis perpanjangannya dengan garis tegak lurus melalui xD adalah titik Δmin. Enthalpynya adalah H Δmin = 60 MJ/kmol. H1 (uap plate teratas) = 38,9 Mj/kmol dan hD (enthalpy distilat) adalah 5 MJ/kmol.



Rmin



H  min  H1 60  38,9    0,62 H1  hD 38,9  5



(c)



Rop  1,5 Rmin



H   H1 H   38,9  0,93   H1  hD 38,9  5



H   70,5MJ / kmol Dengan titik awal padanH1, dilakukan penentuan plate ideal sesuai dengan langkah-langkah pada halaman 49. Ternyata Jumlah plate ideal yang diperlukan adalah 7 buah (ditambah 1 untuk reboiler),lihat Fig II-48b



(d) Beban Condensor :



qc  QCD xD  ( H   hD ) xD  (70,5  5) x70,6 MJ / jam = 4624,3 MJ/jam (e) Beban Reboiler :



qr  QBS xW  ( H   hw ) xW  (42,7) x129,4 MJ / jam = 5525,3 MJ/jam



(f) Jumlah plate ideal pada reflux total, berarti titik – titik Δ dan terletak di tak terhingga dan – tak terhingga Pada Fig. II-48f terlihat ada 3 plate ideal ( 1 reboiler )







Contoh Soal II-5B Bila pada soal II-5A tidak dipergunakan reboiler, tetapi sebagai gantinya dimasukkan steam jenuh bertekanan 70 kPa (gauge) pada dasar kolom sedangkan keadaan lain-lainnya tetap (kecuali residu), maka : (a) Tentukan rate dan kadar produk bawah’ (b) Tentukan jumlah plate ideal yang diperlukan (c) Tentukan kebutuhan steam Penyelesaian : Perhatikan Fig II-48c, letak titik-titik Δ, D dan F tidak berubah dari yang ada pada fig II-48b. Untuk menentukan titik  , hitung absis xΔ yaitu sesuai persamaan berikut :



W .xw F .xF  D.xD 70  (70,6 x0,9) x     0,05 W S F D 200  70,6



(sebab F+S = W+D, jadi W-S = F-D) Jadi titik  , merupakan perpotongan perpanjangan garis F dengan garis x  x  0,05 Kemudian letakkan titik S dengan enthalpi sebesar enthalpi steam pada 171,3kPa (abs), yaitu 48,6 MJ/kmol dan ys =0. hubungkan titik S dengan titik , dan ini akan memotong garis liquida jenuh sisitem pada titik W dan xw terbaca = 0,025, dan W = 6,46/0,025 = 258,4 kmol/jam



(a) Jadi W = 258,4 kmol/jam dan xw = 0,025 (b) Dengan mempergunakan titik-titik Δ dan  sebagai titik beda, akan diperoleh jumlah plate sebanyak 9 buah (c) Untuk memperolah kebutuhan steam, dapat dipergunakan cara analitis atau cara grafis. Dengan cara analitis sesuai dengan persamaan berikut : S = D + W – F = 70,6 + 258,4 – 200 = 129 kmol/jam Dengan cara grafis, pada fig II-48c (panjang F) 20mm S  Fx  200 x  129kmol / jam (panjang S) 31mm



Contoh Soal II-5C Bila pada soal II-5A ternyata effisiensi Murphree pada setiap plate sebesar 80%, tentukanlah jumlah plate aktualnya dan pada plate keberapa feed dimasukkan Penyelesaian : Dalam hal ini , titik-titik Δ dan  yang ada pada soal II-5A masih tetap letaknya. Perhatikan fig II-48d. Mulai dari reboiler, xw dicari yw nya dengan bantuan kurva kesetimbangan. Dari yw tarik garis ke  yang memotong garis liquida jenuh sistem pada x9. Kemudian dengan bantuan kurva kesetimbangan akan diperoleh titik y9*. Selanjutnya tentukan titik y9 yang sebenarnya sedemikian rupa hingga (ywy9)/(ywy9*) = 0,8



Kemudian dari titik y9byang diperoleh ditarik lagi garis lurus ke titik  , akan diperolah titik y8*, demikian seterusnya. Akan diperoleh 9 plate ideal (1 reboiler) dan feed masuk pada plate ke 7 Contoh Soal II-5D Bila pada soal II-5A diketahui aliran uap sepanjang kolom membawa percikan liquida sebesar 0,11 kg per kg uap,kecuali pada plate teratas dapat diabaikan, tentukan jumlah plate ideal yang diperlukan untuk pemisahan ini Penyelesaian : Perhatikan fig II-48d, penentuan plate dimulai dari reboiler. Dari titik W (xw) ditentukan titik yw-nya dengan bantuan kurva kesetimbangan



Selanjutnya tetapkan titik ew sedemikian rupa sehingga perbandingan anara ew yw/ew xw = 0,11/1,0 =1/9. Kemudian dari titik ew tarik garis lurus ke titik  dan akan diperoleh titik x9. Dari titik ini kemudian tentukan titik y9. Ulangi lagi menentukan titik e9 sehingga e9 y9/e9 x9 harganya 1/9, dan seterusnya. Akhirnya akan diperoleh 9 buah plate ideal (1 reboiler). Kecuali plate teratas tidak dikenakan entrainment. Bila diperhatikan bahwa dengan adanya entrainment akan menambah jumlah plate ideal. Berbeda dengan penentuan plate actual (dengan Murphree effisiancy) dimana yang tergeser ke kiri adalah titik liquidanya.



Contoh Soal II-6A Dua macam larutan ethanol-air akan didistilasi dalam sebuah fraksinator hingga diperoleh produk atas dengan kadar 90% massa ethanol dan produk bawah dengan kadar 5% massa ethanol. Kedua macam feed yang diumpankan adalah : Feed A, 20% (massa) ethanol berupa liquida jenuh sebanyak 1500 lb/jam Feed B, 35% (massa) ethanol dengan specific enthalpy 50 btu/lb sebanyak 1000 lb/jam Reflux ratio sebesar 1,5. Kolom dilengkapi dengan parsial reboiler. Tentukan jumlah plate ideal dalam kolom ini dan pada plate ke berapa ke dua feed tersebut dimasukkan



Penyelesaian : Perhatikan fig II-49 pada halaman 74. Letakkan titik-titik F, G, W, dan D sesuai dengan kadar dan kondisi masing-masing. Akan diperoleh H1 = 550 btu/lb dan hD = 90 btu/lb Sesuai dengan rumus refluks ratio,



H   R ( H1  hD )  H1 = 1,5 (550 – 90) + 550 = 1240 btu/lb Jadi titik Δ mempunyai koordinat (0,90 ; 1240)



Titik jumlah Z dapat ditentukan absisnya :



x z  ( F .xF  G.xG ) /( F  G )  (0,2 x1500  0,35 x1000) /(2500)  0,26



Titik jumlah Z, kedua feed dapat ditentukan , yaitu absis 0,26 pada garis lurus FG



Selanjutnya titik  , akan diperolah, yaitu perpotingan perpanjangan garis Z dengan garis x = xw. Titik beda ketiga (intermadiate)  , dapat diperoleh sesuai dengan persamaan – persamaan II-112, yaitu : F – W = D – G =  atau F–  =Δ–G=







Jadi  adalah titik perpotongan garis-garis F  dan Δ G . Dengan ketiga titik beda yang ada, Δ,  , dan  ,maka jumlah plate ideal dapat ditentukan yaitu sebanyak 7 bua plate dan feed masuk pada plate ke 6 (feed G) dan ke 7 (feed F) dari atas. Coba di cek harga titik  pada fig II-49 dengan rumus



Contoh Soal II-6B 1000 lb alkohol 25% (massa) didistilasi menjadi tiga macam produk masing-masing dngan kadar 80%, 60%, dan 5% yang kesemuanya dikeluarkan dari kolom pada suhu liquida jenuhnya. Produk dengan kadar 80% jumlahnya sama dengan produk dengan kadar 60%. Refluks ratio 3. Tentukan jumlah plate ideal yang diperlukan untuk ini bila dipergunakan sebuah total condensor dan sebuah partial reboiler. Feed masuk pada titik didih Penyelesaian : Perhatikan fig II-50. Tititk feed dan sidestream diletakkan pada garis liquida jenuh sesuai dengan kadarnya, demikian pula untuk produk atas dan produk bawah.



Sesuai dengan “lever – arm rule”, maka titik Z yang merupakan titik beda F dan S akan berada pada perpanjangan garis lurus SF dengan absis : xZ  ( F .xF  S .xS ) /( F  S )



Harga-harga W, D dan S dapat dicari dengan overall dan component material balance persamaan II-68 dan II-69 dan diperoleh : D =153,85 lb S = 153,85 lb W =692,30 lb Persamaan II-131 akan memberikan xZ = 0,19 Dari fig. II-50 juga diperoleh : H1 = 600 Btu/lb hD = 100 Btu/lb



Sedang R = 3 = (HΔ – H1)/(H1-hD) = (HΔ – 600)/(600-100) H = 2100 Btu/lb Δ (0,80 ; 2100) Seperti biasanya maka titik  diperoleh dengan memotongkan perpanjangan garis Δ Z dengan garis x = xw Sesuai dengan persamaan II-116, maka titik  merupakan perpotongan antara S Δ dengan perpanjangan garis  F



Dengan telah ditetapkan ketiga titik beda, maka jumlah plate ideal dapat ditentukan, yaitu 3 buah dan sebuah reboiler Coba di cek harga titik 114 dan II-115.



 dengan rumus persamaan II-



Side stream dikeluarkan pada plate ke 2 dan Feed dimasukkan pada plate ke 3