ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari
-
Upload
pangiastika -
Category
Documents
-
view
221 -
download
0
Transcript of ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari
-
7/26/2019 ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari
1/14
ASSIGNMENT 3
PERPINDAHAN MASSA-01
Oleh :
Pangiastika Putri Wulandari/NPM 1306370493
Departemen Teknik Kimia
Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
Depok, 2015
-
7/26/2019 ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari
2/14
ASSIGNMENT 3
Calculate the problem in assignment 2 using batch distillation method + Hysis !
1.
Define component A and B, calculate using analyti cal method and software if the
mixtur e of them is flash vaporized
A liquid mixture containing 60 mol% pentane (A) 40 mol % heptane (B) and at 343 K
differentially distilled at 1 atm with vaporization 70% mol of the change. Compute the
distillate and residu composition!
Jawaban :
Step 1 : Menentukan basis dari Feed yang digunakan
Basis = 100 mol FeedxF= 0,6
D = 70% x 100 mol = 70 mol
W = 100 mol70 mol = 30 mol
Step 2 : Membuat Neraca mol
Neraca mol total
In Out + Generation = Accumulation
0 + 0 =
= 1Neraca mol komponen A (komponen yang paling volatil)
In Out + Generation = Accumulation0 + 0 =
= + 2
Step 3 : Menghitung nilai dari persamaan Reyleigh
Dengan mensubstitusi dari neraca mol total (persamaan 1) dan neraca mol komponen A
(persamaan 2) maka di dapatkan persamaan seperti berikut :
= = +
= + 3Persamaan diatas dapat diubah bentuknya, kemudian di integrasikan menjadi sebuah
persamaan yang disebut persamaan Reyleigh, yaitu :
-
7/26/2019 ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari
3/14
dLL
= ln FW=
dxy x
fw
Dari persamaan Reyleigh diatas maka akan diperoleh persamaan yang selanjutnya akan
digunakan dalam perhitungan, yaitu :
lnFW= dxy xf
w
ln 10030 = dxy x
,w
ln 3,333 = dxy x,
w
1,20397 = dxy x,
w
Step 4 : Mencari luas di bawah kurva
Diperlukan beberapa data parameter Antoine dan titik didih masing-masing komponen
untuk menghitung tekanan uap jenuh setiap komponen :
Zat Titik Didih
pada 1 atm
Konstanta Antoine
A B C
Pentane 35,2oC 6,87632 1075,780 233,205
Heptane 98,4oC 6,89385 1264,370 216,636
Persamaan Antoine di bawah ini digunakan untuk menghitung tekanan di setiap suhunya.
= + dimana tekanan dalam satuan mmHg dan suhu dalam satuan C.
Dari data-data tersebut dapat dilakukan perhitungan selanjutnya untuk pembuatan grafik
hubunngan x dengan y*.
=
=
-
7/26/2019 ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari
4/14
Komposisi akhir dapat ditentukan dengan mencari luas dibawah kurva hubungan antara x
dengan 1/(y*-x) yang nilainya harus sama dengan 1,20397. Sehingga diperlukan grafik
hubungan antaraxdengan 1/(y*-x). Data-data yang digunakan adalah sebagai berikut :
T PA (pentane) PB (heptane)Ptotal
(mmHg)x y* x 1/(y*-x)
35 733,3033447 74,00328118 760 1,04049242 1,003942858 1,0404924204 -27,360109
39 839,8951464 88,6894834 760 0,893644111 0,98758862 0,8936441106 10,6445817
43 958,2069107 105,6989737 760 0,76750139 0,967664652 0,7675013896 4,99592177
47 1089,079187 125,301762 760 0,658552713 0,943705333 0,6585527128 3,50689395
51 1233,373311 147,7865876 760 0,563947034 0,915206868 0,5639470335 2,84689538
55 1391,969526 173,4610089 760 0,481358138 0,881626131 0,4813581382 2,49832617
59 1565,765062 202,651406 760 0,408879033 0,842379612 0,4088790334 2,306802
63 1755,672182 235,7029003 760 0,344939273 0,796842483 0,3449392734 2,21286324
67 1962,616208 272,9791904 760 0,288239903 0,74434777 0,2882399027 2,19246383
71 2187,533538 314,8623086 760 0,237701997 0,684185646 0,2377019973 2,23972368
75 2431,369665 361,7523012 760 0,192425762 0,615602844 0,1924257622 2,36307693
79 2695,07722 414,066835 760 0,151657865 0,53780218 0,1516578650 2,58970535
83 2979,614018 472,2407359 760 0,114765227 0,44994221 0,1147652271 2,9834984387 3285,941159 536,7254622 760 0,081213903 0,351136984 0,0812139033 3,70475914
91 3615,021147 607,988519 760 0,050551989 0,240455934 0,0505519892 5,26582004
95 3967,816071 686,5128168 760 0,02239573 0,116923867 0,0223957304 10,5788608
98,4 4287,054705 759,3389196 760 0,000187396 0,001057076 0,0001873962 1149,84878
Selanjutnya adalah menentukan batas kanan dan batas kiri dari grafik yang dihasilkandari hubungan antaraxdengan 1/(y*-x)yang menghasilkan luas di bawah kurva sebesar
1,20397. Adapun batas kanan ditentukan berdasarkan komposisi awal zat yang paling
mudah menguap (volatile) yakni 0,6. Mencari nilai dapat dilakukan dengan cara trialand error dengan pendekatan perhitungan luas trapesium. Karena grafik yang
ditampilkan seperti berikut maka dilakukan beberapa partisi untuk mendapatkan hasil
yang lebih akurat.
-
7/26/2019 ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari
5/14
Mencoba xw= 0,1
xw xF f(xw) f(xF) luas
0,4 0,6 -90,1784 12,8464 -7,7332
0,2 0,4 -14,5888 -90,1784 -10,4767
0,1 0,2 152,1754 -14,5888 6,87933
LUAS TOTAL -11,3306
Mencoba xw= 0,05
xw xF f(xw) f(xF) luas
0,4 0,6 -90,1784 12,8464 -7,7332
0,2 0,4 -14,5888 -90,1784 -10,4767
0,05 0,2 278,6479 -14,5888 19,80443
LUAS TOTAL 1,594514
y = -4123,6x3+ 7191,8x2- 3535,9x + 437,98
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90
Grafik Hubungan x dan 1/(y*-x)
-
7/26/2019 ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari
6/14
Dengan menggunakan fasilitas goal seekpada Microsoft Excel, maka diperoleh nilai xW
sebesar 0,051137148, maka
xw xF f(xw) f(xF) Luas
0,4 0,6 -90,1784 12,8464 -7,7332
0,2 0,4 -14,5888 -90,1784 -10,4767
0,051137148 0,2 275,4181 -14,5888 19,4139
LUAS TOTAL 1,20398
Dengan xw yang telah diperoleh yaitu 0,051137148, maka nilai dari y*D dapat dicari
dengan menggunakan persamaan berikut :
. = . + . 1000,6=70+ 300,051137148
60 = 70+1,53411444= 0,83523
Sehingga diperoleh :
Pentane Heptane
W 0,051137 0,948863
D 0,83523 0,16477
-
7/26/2019 ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari
7/14
Menggunakan Program Hysis
Setelah menginput data-data yang telah diberikan pada soal, tampilan yang dihasilkan
pada program Hysis adalah seperti berikut :
-
7/26/2019 ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari
8/14
Hasil yang diperoleh pada Hysys
Perbedaan Hasil Hitung Manual (Microsoft Excel) dengan Hysys
Hitung Manual (Excel) Hysys
Pentane Heptane Pentane Heptane
W 0,051137 0,948863 0,2533 0,7467
D 0,83523 0,16477 0,7069 0,2931
Dari tabel di atas dapat dilihat perbedaan yang signifikan pada bagian W dan D antara
hasil perhitungan menggunakan Microsoft Excel dengan program Hysys. Hal ini karena
Hysys tidak dapat digunakan untuk penyelesaian perhitungan distilasi batch. Program
Hysys umumnya digunakan untuk penyelesaian suatu proses yang mengalir secara
kontinyu sehingga untuk kasus batch perhitungan sulit dilakukan.
Namun, berdasarkan hasil perhitungan maupun Hysys, jumlah distilat zat yang lebih
volatile (pentana) lebih banyak dibandingkan dengan heptana.
2. Simil ar to no.1, calculate for mixture of A, B and C components
A solution containing 35% mol methanol (A), 40% ethanol (B) and 25% mol 1-butanol
(C) differentially distilled at 1 atm with vaporization 70% mol of the change. Compute
the distillate and residu comporition.
Jawaban :
-
7/26/2019 ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari
9/14
Step 1 : Menentukan basis dari Feed
Basis = 100 mol Feed
D = 70% x 100 mol = 70 mol
W = 100 mol70 mol = 30 mol
Step 2 : Menentukan Bubble Point
Data yang dibutuhkan untuk perhitungan yaitu parameter Antoine dan titik didih dari
masing-masing komponen :
Komponen Titik Didih
pada 1 atm
Konstanta Antoine
A B C
Metanol (A) 84oC 8,08097 1582,271 239,726
Etanol (B) 93oC 8,1122 1592,864 226,184
1-Butanol (C) 118oC 7,36366 1305,198 173,427
Keterangan : Tekanan dalam mmHg dan Suhu dalam oC
Untuk mencari nilai temperatur dan komposisi uap ini, kita menggunakan bantuan goal
seekpada Microsoft Excel, dan temperatur yang diperoleh adalah 77,34302 C.
KomponenPsat
(mmHg)
Ptotal
(mmHg)K atau m xF Y
Metanol 1232,155 760 1,621257 0,35 0,56744
Etanol 731,73 760 0,962803 0,40 0,385121
1-Butanol 144,178 760 0,189708 0,25 0,047427
TOTAL 0,999988
Sehingga suhu bubble point bisa dijadikan acuan untuk menentukan T operasi, dimana
harus berada di atas suhu bubble pointnya.
Step 3 : Menurunkan Persamaan untuk Batch Distilasi
= ( 1 )
1 =1 1
Persamaan tersebut disubstitusikan ke persamaan di bawah ini :
-
7/26/2019 ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari
10/14
dLL
= ln FW=
dxy x
fw
Sehingga diperoleh persamaan berikut :
log() = log [1 1 ]
Step 4 : Menentukan basis perhitungan dan mencari nilai alpha
1-Butanol (komponen B) dijadikan sebagai basis karena sebaiknya basis adalah zat yang
mempunyai boiling point di tengah-tengah zat yang paling volatil dan kurang volatil.
= =
=
Maka didapatkan nilai alpha sebagai berikut, suhu yang digunakan 100 oC
Komponen Psat xF
Metanol 2651,419 1,565338 0,35
Etanol 1693,832 1 0,4
1-Butanol 389,2075 0,229779 0,25
Step 5 : Menuliskan persamaan log diferensial dan memodifikasi untuk mencari
fraksi masing-masing komponen
log= log
log= log
Dari kedua persamaan diatas kita masih belum mengethaui 3 parameternya yaitu ,, dan . Untuk itu kita memodifikasi persamaan menjadi:
-
7/26/2019 ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari
11/14
= ()B
= ()
CB
Step 6 : Menebak nilai dan mencari nilai sebenarnya dengan Goal SeekUntuk mendapatkan nilai parameter diatas kita harus menebak terlebih dahulu nilai
dari
kemudian mensubstitusikannya ke dalam persamaannya.
Misalnya nilai tebakan = 0,3, maka :xAW xBW xCW Total
0,112951942 0,3 0,591512 1,004464
Nilai tebakan diakatakan benar atau tepat jika + + = 1, denganmenggunakangoal seek akan diperoleh nilai sebagai berikut :
xAW xBW xCW Total
0,111666 0,297814 0,590519231 1,00000005
= , = ,
= ,Step 7 : Menghitung nilai y*Duntuk masing-masing komponen
Menghitung yAD :
= + 1000,35=70+ 300,111666
35 = 70+ 3,34998
-
7/26/2019 ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari
12/14
= , Menghitung yBD :
= + 1000,40=70+ 300,297814
40 = 70+ 8,93442= ,
Menghitung yCD :
= + 1000,25=70+ 300,590519231
25 = 70+ 17,71558
= ,
Sehingga diperoleh :
Methanol Ethanol 1-Butanol
W , , ,D
,
,
,
-
7/26/2019 ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari
13/14
Menggunakan Program Hysis
Setelah menginput data-data yang telah diberikan pada soal, tampilan yang dihasilkan
pada program Hysis adalah seperti berikut :
-
7/26/2019 ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari
14/14
Hasil yang diperoleh pada Hysys
Perbedaan Hasil Hitung Manual (Microsoft Excel) dengan Hysys
Hitung Manual (Excel) Hysys
Methanol Ethanol 1-Butanol Methanol Ethanol 1-ButanolW , , , 0,1304 0,2327 0,6369D , , , 0,3500 0,4000 0,2500
Dari tabel di atas dapat dilihat perbedaan yang signifikan terutama pada bagian D
antara hasil perhitungan menggunakan Microsoft Excel dengan program Hysys. Hal ini
karena Hysys tidak dapat digunakan untuk penyelesaian perhitungan distilasi batch.
Program Hysys umumnya digunakan untuk penyelesaian suatu proses yang mengalir
secara kontinyu sehingga untuk kasus batch perhitungan sulit dilakukan.
Namun, berdasarkan hasil perhitungan, jumlah distilat zat yang lebih volatile
(methanol) lebih banyak dibandingkan dengan ethanol, sedangkan berdasarkan Hysys,
jumlah distilat zat yang lebih banyak adalah ethanol.