MODUL 2

DISTILASI

DISTILASIDISTILASI

Distilasi : Differential/Simple/Batch Distillation Single-stage operation (Flash Vaporization) Continuous Rectification/Multi Stages Distl. (Binary dan Multicomponent Systems)

Contoh Aplikasi :

- Batch : Pemisahan n-heptane - n-octane (Lihat Gambar 1B) Pemisahan Benzene, Toluene, Xylene (Lihat Gambar 1A)-Single stage : Acetone - Air, Metanol - etanol- Multi Stages : refinery, pemisahan udara (Lihat gambar 1C)

Variabel penentu : Kapasitas, Kemurnian, Kontinyuitas Umpan Perbedaan Volatilitas.

Flash VaporizationVapor : 72% B

20% T8% X

50% B25% T25% X

Liquid : 40% B27% T33% X

Differential Distillation

50% n-C750% n-C8

Distillate : 61% n-C739% n-C8

Residue : 33% n-C767% n-C8

Gambar 1A Flash Vaporization

Gambar 1B. Batch Distillation

Continuous Distillation/Rectification

Naftha/Gasoline

MiddleDistillate

Heavy Oil

Lubricating Oil

Residue

tray

Cair Uap

tray

Cru

de D

isti

llat

ion

Uni

t (C

DU

)

CrudeOil

Fuel Gas

Gambar 1C. Multi Stage Distillation/Crude Distillation Unit

Keberhasilan Distilasi ditentukan oleh Distribusi substansi pada fasa cair & Gas Kesetimbangan antara fasa cair & gas sangat penting

Kesetimbangan yang diperlukan : Ordinary P-T-C (Binary)Dimana : kedua cairan larut pada segala perbandingan

Lihat Gambar 2 tentang contoh diagram PTC untuk sistem binerYang menjadi perhatian adalah komponen yang lebih volatile

Campuran A-B : Tekanan uap murni A>B disetiap Tx : mol fraksi A di fasa cair; y* : mol fraksi A di gas

Diagram yang dipakai : x-y* pada P konstan

Relative volatility : perbandingan antara konsentrasi A dan B pada kedua fasa

= (y*/(1-y*))/(x/(1-x)) = y*(1-x)/x(1-y*) = separation factor; = 1 apa artinya?

Gambar 2 Diagram PTC untuk sistem biner

Gambar 4 A Diagram TXY untuk sistem biner Gambar 4B Diagram XY untuk sistem biner

Larutan Ideal, Hk. Raoult’sTekanan parsial pada kesetimbangan (p*) sebanding dengan tek. uap (P)pA* = PAx dan pB* = PB(1 - x) Pt = pA* + pB* = PAx + PB(1-x)

= PA/PBy* = pA*/Pt

x = (Pt-PB)/(PA-PB)y* = PAx/Pt

Contoh soal penggambaran diagram kesetimbanganTitik didih (1 atm) n-heptane = 98,4oC dan n-oktana = 125,6oC. Buatlahdiagram kesetimbangan x-y* pada suhu diantara kedua suhu tersebut.

Gambarkan data ini

T,oC PAmmHg PBmmHg x y*98,4 760 333 1,0 1,0105 940 417 0,65 0,81110 1050 484 0,48 0,67115 1200 561 0,31 0,49120 1350 650 0,16 0,28

125,6 1540 760 0,0 0,0

Diagram Enthalpy-KonsentrasiEnthalpy cairan dapat dihitung dari pers:

HL = CL(tL – t0)MAV + HS

HL =entalpi cairan, CL =kapasitas panas, tL =suhu cairan

HS =panas pelarutan

Enthalpy Gas dengan pers:

HG =y[CLAMA(tG-t0)+ AMA]+AMA]+(1-y)[CLBMB(tG-t0)+BMB]

CL=kap panas lart,CLA=kap panas cairan A murni, HS=heat of solution,tL=ttk didih, =panas laten pd. tG

Entalpi cairan dan gas sebagai fungsi komposisi dapat digambarkan sebagai Diagram HXY seperti terlihat pada Gambar 5

Gambar 5 Diagram HXY untuk sistem biner

SINGLE STAGE OPERATION - FLASH VAPORIZATION

Prinsip :- Sebagian cairan diuapkan- Terjadi kesetimbangan antara uap dan sisa cairan- Cairan dan uap dipisahkan

Tahapan Proses :- Pemanasan umpan- Penurunan tekanan- Pemisahan cairan dan uap di separator

Gambar 6 Single Stage Flash Vaporization

Material Balance

F = D + WFzF = DyD + WxW

FHF + Q = DHD + WHD

Secara simultan didapat :

Q/F) (H H

Q/F) (H H

z x

z y

D

W

FW

FD

FW

FD

-W/D : Slope garis operasi

Contoh Soal

Campuran cairan mengandung 50 mol % h-heptan (A) dan 50 mol% n-oktan pada 800F akan di flash vaporization secara kontinyu pada 1 atm dan divaporasikan sebanyak 60% dari umpan. Tentukan komposisi uap dan cairan hasilnya serta suhu separator.

Basis: F=100 mol umpan

zF=0,5

D=0,6x100=60 mol

W= 100-60=40 mol

-W/D= -40/60= - 0,667

Dengan menarik garis operasi dari titik p(perpotongan XF=0,5 dan diagonal pada kurva kesetimbangan)dengan slope –0,667 yang memotong kurva kesetimbangan di T, didapat:

xW= 0,387, y*D=0,575

Perpotongan xF=0,5 dengan kurva suhu cairan didapat:

T separator= 1130C (235,40C)

Sistem multikomponen untuk Flash Vaporization

Bila persamaan gas ideal tidak dapat diaplikasikan, maka fugacitydipakai untuk menggantikan tekanan (uap maupun total), sehinggaHk. Raoult’s untuk larutan ideal pada T tetap :

y*J = mJ xJ

J = komponenm = besaran yang berubah terhadap tekanan dan suhu = PJ /Pt

Hubungan antara D dan W menjadi : y*JD = mJ xJW

Slope garis operasi menjadi : W/D = (mJ xJW - zJF)/(zJF - xJW)= (y*JD - zJF)/(zJF - y*JD /mJ)

sehingga didapat : dimana y*JD = 1

dan dimana xW juga = 1

J

JFJD W/Dm 1

1) (W/Dz *y

JJ

JFJW W/D m

1) (W/Dz x

Contoh SoalCampuran cairan mengandung 50% mol benzene (A), 25% mol Toluen (B) dan 25% mol Xylen (C) akan di flash vaporization pada 100oC 1 atmHitung komposisi dan jumlah produk (gas dan cairan)

Hk. Raoult’s : y* = Px/Pt = mx =====> m = P/PtPenyelesaian dari sistem ini memerlukan besaran W/D ==> trial & error

Untuk F = 100 mol, W/D = ===> W = mol, D = mol

Komposisi pada W adalah xW dan pada D adalah y*D

Substansi

ABC

PJ

1370550200

m

1.803

zF

0,50,250,25

y*D

W/D=3 W/D= 0,75

xW

Isilah !!!!

TUGAS 2 :

1. Berikan contoh pemakaian Flash Vap., Diff. Distl. Dan Cont. Distl.pada industri dengan menggambarkan flow-sheet produksi sertaspesifikasi input-output untuk ketiga peralatan diatas.

2. Kerjakan contoh soal untuk pemisahan BTX menggunakan software

3. Baca teori tentang boiling point dan bubble point (halaman 361 treyball) Kerjakan soal nomer 9.3 a, b, c