Upload
yunita
View
232
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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.
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
2/28
2
eraca energi pada kolom distilasierhitungan beban kondensor dan kebutuhan air pendinginerhitungan kebutuhan uap air untuk reboiler.atihan
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
3/28
3
Kondensor utk bensena dan reboiler utk toluena
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
4/28
4
Reboiler
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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.
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
7/28
7
6liran distilat dan produk ba2ah
6liran distilat
6liran produk ba2ah 3
#
00
%0.#3
3
−
−=−=
#00
0%.
3
3#
−−
=
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 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
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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.
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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!
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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/
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
16/28
16
CFBDR QFhBhDhQ −−+=
)hD(HD
L
1FhBhDhQ D1o
FBDR −
++−+=
:h87
L1#h#h
00
%0#h
00
0%5 1
o#<
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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#
−=•
.
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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" ¨a mol%&am produk atas dan produk ba!a#b# *entukan ¨a 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#
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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) $/
/00
0
Wx += = -,-45
( )926078402rata
100umpanBM
+= = 25,2 k"%kmol
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
25/28
25
.
1,4
Kemirin"an "aris umpan = 6 q % ( 16q )= 6 1 % ( 1 6 1,4 ) = 4,-
3anas laten pen"uapan umpan (rata6rata )$λ = 0,44(30,765) + 0,56(33,47) = 4,2 k%mol = 42- k%kmol = 42-%25,2 = 4/ k%k" = -,4/ k%"
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
26/28
26
c# ika di"unakan uap air bertekanan 1,4/ atm seba"ai pemanas padakasus butir b#, itun" ¨a 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" ¨a 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 =
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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)
8/15/2019 8. Tahap-Kesetimbangan Ke 3
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