TUGAS PERPINDAHAN MASSA 2

1. Berikan contoh pemakaian flash vap., diff. distillation, dan cont.

distillation pada industri dengan menggambarkan flow sheet produksi

serta spesifikasi input-output untuk ketiga peralatan di atas!(1

mahasiswa cukup 1 contoh)

Jawab :

Flash Vaporation

Pada flash evaporation terjadi beberapa tahapan proses, antara

lain pemanasan umpan, penurunan tekanan, yang terakhir

adalah pemisahan cair dan uap di separator. Dari beberapa

tahapan proses ini, poses pembuatan urea bisa dikelompokan

dalam distilasi flash evaporation, karena dalam rangkaian

pembuatannya, terdiri dari tahap-tahap dari distilasi ini.

Gambar 1. Flash Evaporation Proses Produksi Pupuk Urea

Sumber : http://kimiadahsyat.blogspot.com/2009/06/proses-pembuatan-urea.html

Deskripsi Proses

Proses pembuatan urea diawali dengan untuk mensintesa dengan

mereaksikan Liquid NH3 dan gas CO2 didalam Urea Reaktor dan ke dalam

reaktor ini dimasukkan juga larutan Recycle karbamat. Tekanan operasi

disintesa adalah 175 Kg/Cm2 G. Hasil Sintesa Urea dikirim ke bagian

Purifikasi untuk dipisahkan Ammonium Karbamat dan kelebihan amonianya

setelah dilakukan Stripping oleh CO2. Uap air yang menguap dan

terpisahkan dibagian Kristalliser didinginkan dan dikondensasikan. Sejumlah

kecil Urea, NH3 dan CO2 ikut kondensat kemudian diolah dan dipisahkan di

Strpper dan Hydroliser. Gas CO2 dan gas NH3 nya dikirim kembali ke bagian

purifikasi untuk direcover. Sedang air kondensatnya dikirim ke Utilitas.

Spesifikasi

Input: campuran hasil atas dari reaktor yang terdiri dari urea, air,

ammonium karbamat dan kelebihan ammonium pada tekanan 175

175 Kg/Cm2 G.

Output: ammonium karbamat akan terdekomposisi. Gas-gas dari

komponen volatilnya akan terpisah dari cairannya di mana gas

akan mengalir ke atas sedangkan cairan akan mengalir ke bawah

melewati stripping section

DIFFERENTIAL DISITILLATION

Differential distilasi atau dengan nama lain distilasi batch. Batch distillation

adalah jenis distilasi tak tunak dimana umpan dan produk tidak secara terus

menerus masuk dan keluar. Campuran dimasukan ke dalam unit distilasi

saat proses akan dimulai. Komponen yang lebih volatil akan menguap lebih

awal kemudian dipisahkan dan dikondensasi. Setelah campuran terpisahkan,

maka untuk melakukan pemisahan berkutnya penyuling kembali diisi

campuran dan proses pemisahan berulang. Distilasi jenis ini umumnya

digunakan untuk produksi kapasitas rendah dengan tingkat kemurnian yang

tinggi, misalnya pada industry farmasi dan unit pengolahan wastewater.

Salah satu cpntoh distilasi batch yang mau dibahas yaitu proses pemurnian

Benzene. Berikut adalah process flow diagram dari proses pemurnian

benzene.

Gambar 2 : PFD Proses Pemurnian Benzene

Sumber : geosci.unc.edu

Deskripsi Proses

Pada proses pemurnian ini, dilakukan differential distillation, dimana

hal ini bisa terjadi karena pada campuran ideal, benzene dan toluene

mempunyai volatilitas yang berbesa, dengan benzene yang memiliki

volatilitas lebih tinggi. Campuran ini kemudian di panaskan dengan

menggunakan heat exchanger, dengan mengalirkan uap panas di dalam

wadah tersebut hingga campuran tersebut mendidih menghasilkan uap

campuran tersebut di atas campuran yang masih berupa cairan.

Perbandingan komposisi fraksi awal benzene dan toluene dalam uap

dengan cair tidak sama. Dimana, pada saat komposisi fraksi pada saat fasa

uap, komposisi yang lebih besar akan ditentukan dengan komponen yang

memiliki volatilitas lebih tinggi, dalam hal ini benzene.

Seperti yang kita ketahui bahwa volatilitas benzene lebih tinggi ini

artinya benzene mempunyai titik didih yang lebih rendah dibanding dengan

toluene, sehingga ketika campuran dipanaskan mencapai atau mendekati

titik didih benzene, komponen yang banyak menguap adalah benzene.

Sementara itu toluene akan lebih banyak tetap bebentuk cair. Komposisi

campuran uap maupun cair pada differential distillation merupakan fungsi

dari waktu sehingga setiap saat komposisinya akan berubah.

SPESIFIKASI

Input : Campuran ideal dari toluene dan benzene

Output:

Hasil keluaran dari hasil distilasi ini terdiri dari 2 jenis, yaitu distilat dan

Bottom.

a. Distilat terdiri dari campuran toluene dan benzene yang berbentuk uap

dimana komposisi benzene lebih banyak.

b. Bottom terdiri dari toluene dan benzene yang berada dalam bentuk

cairan, sehingga komposisi toluene lebih besar.

Continous Distillation

Dalam distilasi jenis ini, proses pemisahan berlangsung secara

terus menerus. Umpan masuk dan produk keluar secara

bersamaan, terus menerus, dan tanpa jeda. Jenis distilasi ini

umunya digunakan dalam industri kimia berkapasitas besar

seperti industri petrokimia. Berikut ini akan dijelaskan proses

pembuatan alcohol.

Deskripsi Proses

Pada proses pembuatan alcohol, umpan masukan yang

dimasukan adalah alcohol cair yang telah dipanaskan

sebelumnya, dan tidak terdapat fasa padat. Hasil keluaran

(distilate) yang diinginkan adalah uap alcohol dengan

konsentrasi tinggi yang keluar dari bagian atas. Sedangkan

untuk keluaran (waste) terdiri dari campuran air yang

terkondensasi dan masih terdapat sisa alcohol.

Gambar 3. PFD Ethanol Distilation Process

Sumber :

http://bioweb.sungrant.org/Technical/Biofuels/Technologies/Ethanol+

Production/Ethanol+Dry+Grind+Process/Default.htm

Spesifikasi

Input : Umpan masukan hanya satu alcohol cair yang telah

dipanaskan.

Output : uap alcohol, campuran air yang terkondensasi , air yang

masih terdapat sisa alcohol.

2. Buat diagram kesetimbangan gas-cair untuk campuran n-c7 dan n-c-8

menggunakan persamaan empiris (anthoine dll). Titik didih (1 atm) n-heptane = 98,4oC dan n-oktana = 125,6oC. Buatlah diagram kesetimbangan x-y* pada suhu diantara kedua suhu tersebut.

Jawab :

Untuk dapat menyelesaikan persamaan ini, ada beberapa langkah yang harus

dilakukan, yaitu dengan mencari nilai masing-masing tekanan daro n-heptana (P1)

dan n-oktana (P2). Persamaan untuk mencari tekanan masing-masing adalah

(1)

Dengan nilai A, B dan C adalah konstanta dari masing-masing zat.

A B Cn-heptana 6,89677 1264,9 216,54n-oktana 6,9186 1351,9 209,15

Untuk menentukan suhu acuan, digunakan suhu n-heptana. Hal ini karena n-heptana lebih volatile. Suhu yang digunakan adalah 98.4 0c, 105 0c, 110 0c, 115 0c, 120 0c, 125,6 0c.

Menentukan P1, saat T = 98,4 0c

log P1=6,8967− 1246,9216,54+98,4

P1 = 759.3629977 mmHg Menentukan P2, saat T = 98,4 0c

log P2=6,9186− 1351,9209,15+98,4

P2 = 333.3434954 mmHg

Perhitungan terus dilakukan hingga mendapat nilai P1 dan P2pada suhu 125,6 0c

Adapun data hasil perhitungan, dilampirkan pada data table berikut ini.

Suhu (T, oc)

P1 (mmHg) P 2(mmHg)

98.4 759.3629977 333.3434954

105 918.0985487 412.3269596

110 1054.690702 481.5715106

115 1206.546557 559.7575617

120 1374.760932 647.6704212

125,6 1583.964304 758.6889852

Langkah selanjutnya, untuk membuat grafik dari soal ini, maka dibutuhkan nilai x dan y*. Dimana, persaamaan untuk mendapatkan nilai ini adalah

x = (Pt-P2)/(P1-P2) (2)

y* = P1x/Pt (3)Dengan Pt = P1 + P2 masing-masing komponen pada suhu yang sama. Setelah

dilakukan perhitungan, maka hasil nilai x dan y* masing-masing disajikan dalam tabel dibawah ini

Suhu (T, 0C) X y*

98,4 1.001495242 1.00066

105 0.687411171 0.83041

110 0.485812539 0.67419

115 0.30959469 0.4915

120 0.154491878 0.27946

125,6 0.001588579 0.00331

Dari nilai yang telah didapat, dibuat grafik dengan sumbu x = nilai x, dengan sumbu y =

besar suhu. Grafik yang terbentuk adalah sebagai berikut

-0.2000 0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000 1.20000

20406080

100120140

Diagram kesetimbangan uap-cair n-heptane, n-oktane

n-Heptanen-oktane

Fraksi mol

T(oC

)

3.