9. Tahap - Kesetimbangan Ke 1

8/15/2019 9. Tahap - Kesetimbangan Ke 1

1/84

Gatot Ibnusantosa, handout kuliah ,TKI STMI, Desain Proses – Prinsip Operasi BerdasarkanKesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P r o s e

s

6/6/16 1GIS Desain Proses –Kesetimbangan


2/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s

26/6/16 GIS Desain Proses –Kesetimbangan


3/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s

3

!ampuran "ang homogen pemisahan n"adapat dilakukan dengan proses di#usi molekuler

$distilasi, ekstraksi %air%air, ekstraksi padat%air

(leaching), absorpsi dan adsorpsi disebutoperasioperasi

pemisahan di#usional&

P'OS(S P(MIS)*)+ )P – !)I'

Berarti harus terjadi perubahan fasa dari cair menjadi uap



4/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s



5/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s



6/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s



7/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s


REBOILERFEED

!O+D(+S('

Heat out

Q in

kolom

uap


8/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s



9/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s


-ika dua

komponen $ )dan B& beradapada sistem dua

#asa, maka padasaat ter%apaikondisi

kesetimbangan .komponen )"ang lebihmudah menguap akan lebihberada di #asauap

dibandingkandengankomponen B"ang lebih sukarmenguap/


10/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s



11/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s


Pada Kesetimbangan ap – !airData "ang harus diketahui untuk men"elesaikan

persoalandistilasi adalah data kesetimbangan #asa antara #asa uap #asa %air dari sistem "ang akan dipisahkan

dengan %ara distilasi tersebut/


12/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s



13/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s



14/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s



15/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s



16/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s


'e%tangular!oordinates

Polar!oordinates


17/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s


Straight 0ine Determination0ine


18/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s



19/84


G I S

D e s

a i n

P r o s e

s



20/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s



21/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

21

Cara menentukan kesetimbangan uap-cair

Untuk Larutan biner ideal, maka berlaku HukumRaoult



22/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s


Penguapan relati# $relative volatility & . untuk larutan biner )B, 1ika komponen ) lebih

mudahmenguap dibanding B, maka penguapan relati#

) terhadap B

ditulis sebagai .


23/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s


)pabila #asa %air dan uap tidak mengikuti*ukum 'aoult, maka .


24/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s


Kur2a KesetimbanganPenguapan 'elati# dapat ditulis sebagai #raksi dari

komponen ringan$light key & dalam %ampuran biner tersebut sebagai .

komponenkomponen "g berdekatan titik didihn"a, nilai di kolom

lebih konstan, sehingga hubungan " – 3 ditulissebagai .


25/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

25

Komponenkomponen dengan titik didih tdkberdekatan, ber2ariasi/

Kur2a kesetimbagan terlihat seperti untuk "gkonstan/

y1

x1


K u r v a

k e s e t i m b a

n g a n

d i a g o n

a l


26/84


27/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

27

Diagram titik didih untuk bensena (A) – toluena (B)

pada tekanan total 101,32 k!a

fraksi mol bensena, x , y

uap –cair

fasa uap

fasa cairan

"#$



28/84


29/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s



30/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

30

Distilasi adalah suatu proses pemisahan campuran cairanyang saling larut dan dapat menguap menjadi komponennyamasing-masing atau sekelompok komponen tertentu.

Supaya pemisahan dengan proses distilasi tersebutdapat terlaksana maka pada saat terjadi kesetimbanganuap-cairkomposisi di fasa uapnya harus berbeda dengankomposisi di

fasa cairnya.Secara teoritis distilasi tidak akan menghasilkanproduk murni,karena untuk memperoleh produk pemisahan 1 !murnidiperlukan energi yang besar.

DISTI0)SI



31/84

31

Metoda distilasi untuk sistem biner

4/ Distilasi satu tahap,"aitu .

Distilasi kesetimbangan Distilasi sederhana

Distilasi uap sederhana

"/ Distilasi multi tahap

6/6/16 GIS - esain !roses "#ese$imban%an


32/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

32

DISTI0)SI K(S(TIMB)+G)+ $(quilibrium/Flashdistillation&

pemanas

V (mol/jam)

yB

+era%a massa total . F > ?@ 0

0, 3B

F, 3F


pemisah


33/84


34/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s


ap "ang terdiri dari 5,=5 #raksi mol bensena $)& dan 5,;5 #raksi mol

toluena $B&

berada pada tekanan 454,67 kPa dan titik embunn"a/ ap seban"ak

455 kmol tsb

dikontakkan dengan %airan "ang mengandung 5,65 #raksi mol ) dan

5,:5 #raksi mol B "g

berada pada titik didihn"a/

Kontak dua #asa tersebut dilakukan pada tahap tunggal

dan pada saat keluar dari tahap pengontakan, aliran %airan dan gas

keluar berada

pada kondisi kesetimbangan/ Dengan anggapan la1u alir molar konstan,

hitung 1umlah

dan komposisi aliran %airan dan gas di aliran keluar "g telah setimbang

tersebut/


35/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

GIS Desain Proses –Kesetimbangan

35

1

?4 >

?7 ?7 > 455 kmol,

")7 > 5,=5

05 > 445 kmol

3)5 > 5,65

04 >05

+era%a massa komponen ) . 053)5 @ ?7")7 > 043)4 @ ?4")4

6/6/16

11.#,$% & 1.#,'% ( 11.)*1 &

1.y*1$$ & ' ( 11.)*1 &

1.y*1

11.)*1 & 1.y*1 ( +$

ap terdiri dari 5,=5 #raksi mol bensena $)& dan 5,;5 #raksi

mol toluena $B&dikontakkan dengan %airan "ang mengandung 5,65 #raksimol ) dan 5,:5 #raksi mol B "g berada pada titik

didihn"a/


36/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s


36

ubungan )*1 dan y*1 ditentukan dari kura

kesetimbangan. -ika dimasukkan

3)4

> 5,75, maka ")4

> $:6 – 77&A455 >

5,84

3)4 > 5,=5, maka ")4 > $:6 –

==&A455 > 5,7<lot dan hubungkan kedua titik tersebut pada kura kesetimbangan,

garis lurus tersebut akan memotong kura kesetimbangan di titikyg dikehendaki.

6/6/16

445 3)4 @ 455 ")4

> :6


37/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

37

( 0,40 , 0,29 )

(0,20 ; 0,51)

xA*



38/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s


386/6/16

/eraca massa komponen *

* mula-mula ( * yg tertinggal di residu & * yg

menguap

)*.L ( # )* 0 d)*%# L 0 dL% & y* dL

)* L ( # )* L 0 )*dL0 Ld)* & d)*dL% & y*.dL


39/84

G t t Ib t h d t k li h TKI STMI D i P P i i O i B d k


40/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s


406/6/16

ampuran "ang terdiri dari 85 mol npentana dan 85 mol nhepta

seban"ak 455 mol didistilasi se%ara di#erensial pada tekanan 454,6 kP

ingga terdistilasi seban"ak =5 mol/ Berapa komposisi ratarata uap ha

distilasi tersebut dan komposisi %airan di residu/

Data kesetimbangan,) dan y adalah fraksi mol n-pentana di fasa cair dan di

fasa uap.

3 4,55

5,9;:

5,8<=

5,6<9

5,78=

5,4=8

5,58<

5,55

" 4,55

5,


41/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s


416/6/16

L1 ( 1 mol , )1 ( , .

/-pentana yang terdisilasi sebanyak 2 #mol yang teruapkan% (

' mol,

sehingga sisa cairan residu L" ( #1 0 '% mol ( 3 mol.

G t t Ib t h d t k li h TKI STMI D i P P i i O i B d k


42/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s


Persamaan Rayleigh

Karena 37 $komposisi %airan 07 pada akhir proses distilasi& tidak diketahui maka integrasi di atas diselesaikan

dengan %ara graCk/

Buat grafik antara

dengan x

( )∫

−==

$"

d$1,0

%0

100ln

( )$"1−

Gatot Ibnusantosa handout kuliah TKI STMI Desain Proses Prinsip Operasi Berdasarkan


43/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

43

luas area = 0,51

$2

x1

= 0,50




44/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

446/6/16GIS Desain Proses –Kesetimbangan

ri batas atas .4 > $34 – 37&/7,=8 $5,85 – 37& > 5,759 37 > 5,7 $34 – 37&/7,78 $5,85 – 37& > 5,77: 37 > 5,7:6

Maka diperoleh nilai 37 ratarata > $ 5,7 5,7978

4omposisi rata-rata dari ' mol yg teruapkan , persamaan

neraca massa 5


45/84



46/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

46

!airan "ang mempun"ai titik didih tinggi tidakdapat dimurnikan dengan proses distilasi pada

tekanan atmosCr, sebab komponen "angterdapat di %airan tersebut akan terurai dan

rusak pada suhu "ang tinggi/

Oleh karena itu maka pemurniann"a dilakukandengan distilasi uap karena biasan"a bahan

dengan titik didih tinggi tidak larut dalam air

sehingga pemisahan dengan distilasi uap inidapat dilakukan pada suhu "ang lebih rendah/


Distilasi Uap

Gatot Ibnusantosa handout kuliah TKI STMI Desain Proses – Prinsip Operasi Berdasarkan


47/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

47

)da 7 alternati#, "ang pertama uap "ang dipakai

adalah uap leat 1enuh dan mempun"ai panas

"ang tinggi hingga dapat menguapkan Eat "ang

akan dipisahkan tanpa mengalami kondensasi/

)lternati# lain sebagian uap akan terkondensasi

hingga terbentuk #asa %airn"a/


Distilasi Uap

Gatot Ibnusantosa handout kuliah TKI STMI Desain Proses – Prinsip Operasi Berdasarkan


48/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s


Distilasi Uap

ika lapisan air $)& dan komponen $B& "ang tak larut mempun"a

titik didih tinggi seperti hidrokarbon akan dididihkan pada

kanan 454,6 kPa absolut, maka sistem tersebut terdiri dari 6 #a

$terbentuk uap dan dua %airan& dan 7 komponen ) dan B/

Bila, tekanan atau suhu sistem telah ditetapkanmaka tekanan partial masingmasing komponen

akan sama dengan tekanan uapn"a masingmasing/

Gatot Ibnusantosa, handout kuliah ,TKI STMI, Desain Proses – Prinsip Operasi Berdasarkan


49/84

Gatot Ibnusantosa, handout kuliah ,TKI STMI, Desain Proses Prinsip Operasi BerdasarkanKesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

49

P)

o @ PB

o > P

P)o > tekanan uap murni air ) dan

PBo > tekanan uap murni komponen B


") > P)AP dan "B > PBAP

Komposisi Uapnya adalah

Selama terdapat dua #asa %air, %ampuran akanmendidih pada suhu "ang sama, dan

memberikan komposisi uap "ang konstan, ") /

Suhu ditentukan dengan menggunakan kur2atekanan uap murni ) dan B/

Distilasi Uap



50/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s


Distilasi Uap

Dengan menggunakan distilasi uap, maka %airan

komponen B "ang

mempun"ai titik didih tinggi akan menguap pada

temperatur "ang lebih rendah dari titik didih

normaln"a tanpa menggunakan tekanan 2akum/ ap

$)& dan uap $B& "ang mempun"ai titik didih tinggi

tersebut biasan"a akan terkondensasi danmenghasilkan dua #asa %air "ang "ang tak saling larut

sehingga dapat dipisahkan/



51/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

51

andingan mol B "ang teruapkan dan mol ) "ang teruapkan ad

4adang-kadang distilasi uap digunakan di industri makanan untukenghilangkan bau dan noda yang mudah menguap dari lemak dan min


A

B

A

B

!

!

n

n=



52/84


G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

52

'euks adalah aliran kondensat "angdikembalikan ke kolom distilasi, dan kondensasidilakukan di kondensor "ang ada diluar kolom

distilasi/

Kolom distilasi terdiri dari beberapa tahap "angdisusun se%ara seri, dengan arah aliran uap "ang

berlaanan arah dengan %airan/ Pada setiap

tingkat $stage& ter1adi kontak hingga ter1adikesetimbangan


Distilasi denganRefluks

Metode ini tidak menguntungkan 1ika 1umlah panas "angdigunakan

untuk menguapkan air dengan komponen "ang titik didihtinggi sangat besar/



53/84

, , , p pKesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s




54/84

, , , p pKesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s


54

DistilasiBatch Sederhana

Dipakai hanya untukprosesberskala kecil, terutamapadaindustri farmasi atau

produkbahan kimia spesial.

6/6/16



55/84

p pKesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s




56/84

Kesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

56

Faktor#aktor penting pada

peran%angan kolom distilasi bertahap .

4/ 1umlah tahap,7/ ukuran diameter kolom,

6/ 1arak antar 7 tahap $"g berturutan&,=/ 1enis baki $ plate&,8/ panas "g dibuang di kondensor,;/ panas "g diperlukan reboiler, dan:/ konstruksi detail dari kolom dan baki $ plate&/


Kontak antar fasa pada kolom tahap


57/84

57

Weir #parit%

elat

Froth#buih%

Aliran uap (warnamerah)

mengalir bergelembung melewati froth. Aliran cairan mengalirmelewati froth dan parit (weir)

aras cairanD

C

aliran gas

alirancairan

6

Kontak antar fasa pada kolom tahap

6/6/16 GIS - esain !roses "

#ese$imban%an



58/84

Kesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

58

kondensor

uap

re&luks

produk atas

produk ba'ah

umpan

reboiler airan




59/84

Kesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

59

4ondensor

Umpan

uap overhead

BoilupN

2

1

f

Drum 7e8uks

Daerah rekti9kasi

Daerah pelucutan

tahap umpan

Bottoms

Partial reboiler

7e8uks Distilat



60/84


61/84


62/84

Gatot Ibnusantosa, handout kuliah ,TKI STMI, Desain Proses – Prinsip Operasi BerdasarkanK ti b F


63/84

Kesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s




64/84

Kesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s




65/84

Kesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s




66/84

Kesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s




67/84

Kesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s




68/84

Kesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s




69/84

Kesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s




70/84

Kesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s




71/84

Kesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

716/6/16




72/84

Kesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

726/6/16




73/84

Kesetimbangan Fasa

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

736/6/16




74/84

g

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

74

6/6/16




75/84

g

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s


756/6/16



76/84

g

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

766/6/16




77/84

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

776/6/16




78/84

G I S

D e s

a i n

P

r o s e

s

786/6/16




79/84

G I S

D e s

a i n

P r o s e

s

79

6/6/16




80/84

G I S

D e s

a i n

P r o s e

s

806/6/16




81/84

G I S

D e s

a i n

P r o s e

s

816/6/16




82/84

G I S

D e s

a i n

P r o s e

s

826/6/16



83/84



84/84

G I S

D e s

a i n

P r o s e

s

Documents

9. Tahap - Kesetimbangan Ke 1