distilasi kelompok 3 (1)

36
DISTILASI KELOMPOK 3 Anggoro Wiseso (1206212514) Mariana (1206212331) Maylina Chandra Puspita (1206212451) Sabrina Zahra Fitriani (1206249391)

Upload: sabrinazahraf

Post on 26-Dec-2015

268 views

Category:

Documents


38 download

DESCRIPTION

Distliasi (Separasi)

TRANSCRIPT

Slide 1

DISTILASIKELOMPOK 3

Anggoro Wiseso (1206212514)Mariana (1206212331)Maylina Chandra Puspita (1206212451)Sabrina Zahra Fitriani (1206249391)

Suatu proses dimana campuran cairan atau uap dari dua zat atau lebih dipisahkan menjadi fraksi komponen-komponennya sesuai dengan kemurnian yang diinginkan, dengan menggunakan atau menghilangkan panas.

Uap yang dihasilkan dari campuran yang mendidih akan lebih kaya komponen yang titik didihnya lebih tinggi yang lebih rendah. Oleh karena itu, ketika uap tersebut didinginkan dan dikondensasikan, hasil kondensatnya akan mengandung lebih banyak komponen volatil. Kolom distilasi berfungsi sebagai sarana pemisahan karena sistem perangkat sebuah kolom distilasi memiliki bagian-bagian proses yang memiliki fungsi-fungsi sebagai pemisah.

distilasi di mana campuran cair secara terus-menerus (tanpa gangguan) dimasukkan ke dalam proses dan fraksi terpisah dikeluarkan terus menerus sebagai output stream berjalannya waktu selama operasi.Distilasi batch merupakan jenis operasi yang tak tunak (unsteady). Jika dilakukan satu kali proses, yakni bahan dimasukkan dalam peralatan, diproses kemudian diambil hasilnya (distilat dan residu).4

Peralatan DistilasiGambar 1. Distilasi (sumber: http://lorien.ncl.ac.uk/ming/Webnotes/sp3/McCabe/mccabe.swf)Sebuah distilasi umumnya berisi beberapa komponen utama: Shell vertikal dimana pemisahan komponen cair dilakukan InternalPada tiap Distillation stage uap naik ke atas sedangkan liquid turun ke bawah kolom. Komponen dengan volatilitas tinggi yang menguap dan komponen dengan volatilitas rendah akan turun ke bawahRectifying section adalah stage diatas feed pointStripping section adalah stage dibawah feed point dengan kondisi bahan volatil berkurang Kolom internal seperti tray/pelat dan / atau kemasan yang digunakan untuk meningkatkan pemisahan komponen Overhead vapour mengandung komponen yang lebih volatil dari feed lalu ke kondensor. Pada heat exchanger ini digunakan cooling water untuk mengubah uap jadi liquidKolom distilasi terdiri dari beberapa komponen, yang masing-masing digunakan baik untuk tranfer energi panas atau meningkatkan perpindahan material.Kondensor untuk mendinginkan dan memadatkan uap meninggalkan bagian atas kolom Liquid dari kondenser terbagi 2 : reflux (fed kembali ke kolom) dan over head product (mengandung liquid dengan komposisi yang spesifik pada desain kolom). Rasio antara reflux flowrate dengan overhead product flowrate disebut reflux ratio dan penting untuk parameter desain dan operasi kolom distilasi.Bottom liquid mengandung komponen yang kurang volatil lalu dialirkan ke reboiler. Heat Exchanger Steam digunakan untuk menguapkan liquid yang kembali mengalir ke kolom.Reboiler untuk memberikan penguapan yang diperlukan untuk proses penyulingan Bottom product, memilki komposisi tetap sesuai desain kolom dan merupakan produk kedua dari kolom distilasi.

Peralatan DistilasiFLOW DIAGRAM OPERASI DISTILASIfeedoverhead vapourbottom liquidcondenserreboileroverhead productrefluxbottoms productvapourcolumnOperasi DistilasiCampuran liquid yang akan diproses disebud feed dan masuk melalui bagian tengah kolom menuju feed tray. Feed tray membagi kolom menjadi 2 bagian yaitu bagian atas (rectification) dan bagian bawah (stripping). 2.Panas disuplai ke reboiler untuk menghasilkan uap. Sumber masukan panas dapat berupa cairan yang sesuai, meskipun dalam kebanyakan pabrik kimia ini biasanya uap. Di kilang, sumber pemanasan mungkin berupa aliran output kolom lainnya. Uap dibesarkan di reboiler yang kembali dikembalikan lagi ke dalam unit di bagian bawah kolom. Cairan dihilangkan dari reboiler dikenal sebagai produk bottom

Gambar 2. Bagian Bawah Destilasi (sumber: http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distileqp.htm)3.Uap bergerak naik ke kolom, dan saat keluar atas unit, didinginkan oleh kondensor. Cairan terkondensasi disimpan dalam penampungan wadah yang dikenal sebagai drum refluks. Beberapa cairan ini didaur ulang kembali ke bagian atas kolom dan ini disebut refluks. Cairan terkondensasi yang dihilangkan dari sistem ini dikenal sebagai distilat atau produk atas.

Gambar 3. Bagian Atas Destilasi (sumber: http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distileqp.htm)Operasi di distilasi didasari pada pemisahan berdasarkan titik didih. Titik didih dari campuran ditentukan oleh tekanan uap campurannya (fungsi dari volatilitas)

Campuran mendidih jika tekanan uapnya lebih besar atau sama dengan tekanan uap lingkungan Tekanan uap campuran menunjukkan volatilitas relatif ()atau rasio dari volatilitas.

Operasi DistilasiSemakin volatilSemakin mudah menguapTekanan uap rendah

Tray dan PlateKolom baki (tray) - dimana baki dengan macam-macam disain digunakan untuk menahan cairan untuk menghasilkan kontak yang lebih baik antara uap dan cairan sehingga diperoleh pemisahan yang lebih baika. Bubble Cap Tray

Bubble-cup biasanya didesain di atas plate pada sudut equilateral triangular, dengan baris yang disesuaikan secara normal dengan arah aliran menyilang plateMempunyai tingkat-tingkat/ cerobong yang terpasang di atas hole (lubang), dan sebuah cap yang menutupi tingkat-tingkatDigunakan pada kondisi aliran rendah, di mana tray harus tetap basah, kecuali kondisi bentuk polymer, coking, atau fouling yang tinggi.Sumber: http://lorien.ncl.ac.ukGambar 1. Bubble Cap TrayTray dan Plateb. Valve Tray

Sumber: http://lorien.ncl.ac.ukGambar 3. Valve TrayPada valve tray, perforasi (lubang lubang kecil) ditutupi dengan valve yang mudah dilepasUap naik melalui perforasi pada tray, bubble pada liquid berbentuk samaValve yang terangkat menunjukkan uap mengalir horizontal ke dalam liquid, dengan demikian menyediakan campuran yang mungkin terjadi dalam sieve trayb. Valve Tray

Sumber: http://lorien.ncl.ac.ukGambar 4. Sieve TrayAdalah plate metal sederhana dengan lubang diantaranyaVapor lewat ke atas melalui lubang-lubang plate dan terdispersi dalam cairan sepanjang plateKarena luas range operasi, kemudahan perawatan, dan faktor biaya, kebanyakan aplikasinya sieve dan valve tray diganti dengan bubble cup trayCairan mengalir turun ke plate di bawahnya melalui downcomer dan weirOperasional Sieve TraySieve tray dirancang untuk membuat uap hasil yang mengalir naik mengalami kontak dengan liquid yang mengalir ke bawah (mencegah cairan mengalir bebas ke bawah melalui lubang-lubang) . Liquid ini mengalir melintasi tray dan melewati weir (tanggul) ke downcomer menuju ke tray di bawahnya. Oleh karena itu pola aliran pada setiap tray adalah aliran silang (crossflow)Permukaan zat cair di dalam downcomer harus lebih tinggi dari permukaan di atas tray karena ada penurunan tekanan melintas di tray itu.Sebuah weir pada tray didesain agar selalu ada sebagian liquid yang tertahan pada tray dengan tinggi yang masih diperbolehkan, seperti bubble cap yang ditutupi oleh liquidYang lebih ringan, aliran vapor ke atas dan bergerak melewati liquid, melalui bukaan pada setiap tray. Area rendah untuk aliran vapor pada setiap tray disebut aktif tray areaAliran Liquid & Vapor dalam Kolom Tray

Sumber: http://lorien.ncl.ac.ukGambar 5. Aliran Liquid dan VaporSetiap tray mempunyai dua sisi bersebelahan pada setiap sisinya yang disebut downcomers. Liquid jatuh melalui downcomer oleh gaya gravitasi dari satu tray ke bagian bawahnya

Sumber: http://lorien.ncl.ac.ukGambar 6. Aliran pada tiap plate

Efisiensi TrayOverall efficiency sangat mudah digunakan tetapi paling kurang fundamental.Effisiensi ini didefinisikan sebagai rasio jumlah tray ideal yang diperlukan pada keseluruhan kolom terhadap jumlah tray aktuala. Overall Efficiency, b. Murphree Efficiency, m

Murphree efficiency merupakan perubahan komposisi uap dari satu tray ke tray berikutnya dibagi dengan perubahan yang terjadi jika uap yang meninggalkan tray itu berada dalam kesetimbangan dengan zat cair rata-rata yang berada di atas tray, dan dengan perbedaan yang penting dalam perbandingan local efficiency dengan murphree efficiencymeliputi keseluruhan kolomberkaitan dengan satu trayc. Local Efficiency,

dengan :yn = konsentrasi uap yang meninggalkan suatu lokasiyn-1 = konsentrasi uap yang masuk tray ke-n pada lokasi yang samayen = konsentrasi uap yang dalam kesetimbangan dengan zat cair yang samaSyarat dalam mendapatkan tray efficiency yang memuaskan adalah mengoperasikan tray tersebut sebagaimana mestinya, yaitu: Adanya kontak antara uap dan zat cair. Pengoperasian kolom yang tidak effisien disebabkan oleh pembentukan foam, distribusi uap yang tidak sempurna, pemintasan weeping dan penumpahan zat cair.menyangkut suatu lokasi tertentu pada satu tray PackedAda kecenderungan untuk meningkatkan pemisahan dengan penambahan penggunaan tray dengan packing. Packing adalah peralatan pasif yang didesain untuk meningkatkan kontak area interfacial uap liquid.

Fungsi penempatan packing di dalam kolom absorbsi adalah memberikan luas permukaan kontak yang cukup besar antara fase gas dan fase cair, dengan cara memecah molekul-molekul gas dan air menjadi molekul-molekul yang lebih kecil sehingga mempermudah terjadinya difusi molekularitas antara kedua fase tersebut.Sumber:http://www.google.com/imagesGambar 9. Packed ColoumnOperasi Packed dan Jenis Packing

Random packingJatuh secara acak (fall randomly)Tower terlebih dahulu diisiUkuran lebih kecil: spesific surface & gas-pressure drop lebih besarUkuran lebih besar: mengurangi biaya/ unit volume

Regular packingGas-pressure drop rendah & kemungkinan laju alir fluida lebih baikInstalasi membutuhkan biaya lebih banyakOPERASI PACKEDDistribusi dan Redistribusi LiquidUntuk random packing:Jika jumlah packing yang berada di sekitar dinding menara sedikit (dari jumlah total packing) maka ada kecenderungan bagi liquid untuk menuju dinding dan gas mengalir di tengah menaraPenyebab : perbandingan dp/dT < 1/8Solusi: meletakkan re-distributor dengan jarak 3-10 kali dT, meletakkan support plate dibawah packing support

Dry packing tidak efektif untuk transfer massa!!

Spray Nozzlesbanyak entrainment liquid dalam gas!!

Packed VS TrayKolom Tray menghadapi masalah throughput dan dapat diatasi dengan menganti tray dengan packing dikarenakan:Packed kolom dikenal sebagai continuous-contact columns, sedangkan trayed columns dikenal sebagai staged-contact columns karena karateristiknya kontak vapour dan liquid.Untuk liquid korosif, karena alat lebih murahMembutuhkan tahanan liquid yg rendah karena densitasnya yang besarMemberikan pressure drop per tahap kesetimbangan yang rendahUntuk diameter kolom yang kecilBisa menangani laju alir liquid dan gas yang besarPembersihan mudah karena bisa dipasang manholeLebih mudah utk pengambilan produk melalui sampingDesain plate lebih terjamin efisiensi kerjanyaDipilih Packed karena:Dipilih Tray karena:Mengapa Feed Masuk di Tengah?

PackedTray

Rectifying StrippingSumber: McCabe, Warren L, et al. 1993Gambar 13. Diagram Neraca Massa plate nKarena ada tahap enriching-stripping pada packed dan rectifying-stripping pada tray Perubahan konsentrasi kontinuPerubahan konsentrasi bertahapJika konsentrasi di 2 fase meningkat dengan tinggi kolom, xn-1 > xn dan yn lebih besar dari yn+1. keluaran equibiriumPRINSIP DISTILASIKondisi FeedKondisi termal dari feed menentukan aliran kolom internal

Jika feed dibawah titik didihnya, panas harus dinaikkan menjadi panas yang bisa untuk menguapkannya. Panas harus didapatkan dengan mengkondensasi uap yang ada pada kolom sehingga liquid yang mengalir kebawah meningkat dengan seluruh jumlah feed ditambah bahan terkondensasi dan laju uap ke atas menurun.

Jika feed yang masuk sebagai superheated vapor, ia kan menguapkan liquid untuk menyamakan entalpi. Pada kasus ini laju liquid ke bawah kolom menurun dan laju uap meningkat dengan seluruh jumlah feed ditambah bahan yang terkondensasi menjadi uap

Jika feed jenuh (liquid atau uap), tidak ada panas yang harus ditambahkan dan feed langsung ditambahkan ke aliran liquid atau uap.

PRINSIP DISTILASIKondenserKondensor atau pendingin yang berguna untuk mendinginkan uap destilat yang melewati kondensor sehingga menjadi cair. Pendingin atau kondensor air masuknya harus dari bawah sehingga pendingin atau kondensor akan terisi dengan air maka dapat digunakan untuk mendinginkan komponen zat yang melewati kondensor tersebut dari berwujud uap menjadi berwujud cair.

Pada kondenser total, seluruh uap yang meninggkalkan bagian atas kolom di kondensasi. Komposisi uap yang meninggalkan tray atas sama dengan produk distilat liquid dan reflux, xD

Pada kondenser parsial, uap hanya sebagian dijadikan liquid, dan stream produk uap dihilangkan. Komposisi dari tiga stream (V1, D, dan R) berbeda. Biasanya, D (komposisi yD ) setimbang dengan R (komposisi xD).Kondenser parsial berfungsi sebagai penyeimbang stage separasi sehingga kolom dengan kondenser parsial memiliki stage yang lebih idealGambar 4. Total Kondenser (sumber: http://facstaff.cbu.edu/~rprice/lectures/distill.html#ideal)Gambar 5. Parsial Kondenser (sumber: http://facstaff.cbu.edu/~rprice/lectures/distill.html#ideal)

PRINSIP DISTILASIReboiler Reboiler adalah heat exchanger yang berfungsi untuk menyediakan panas pada kolom distilasi.

Reflux

Reflux dibutuhkan pada proses distilasi untuk mendapatkan distilat yang lebih murni. Liquid yang di reflux kaya akan produk yang diinginkan. Liquid ini akan berkontak dengan uap yang meningkat, yang mengandung produk atas dan produk bawah. Sebagai produk atas yang memilki titik didih yang lebih rendah, setelah kontak dengan aliran uap dari bawah, beberapa reflux akan menguap, dan pada saat yang sama produk dari bawah akan terkondensasi dan kembali ke bawah kolom. Jadi, reflux penting untuk pemisahan pada distilasi.

Rasio reflux adalah parameter penting pada operasi kolom. Biasanya hal ini didefinisikan sebagai rasio dari reflux terhadap distilat (L/D), meskipun formula lain (L/L+D, etc.) biasa digunakan.

Kebanyakan reboiler adalah reboiler parsial yang hanya menguapkan sebagian liquid di dasar kolom. Reboiler parsial juga menyediakan stage separasi yang idealGambar 6. Reboiler (sumber: http://facstaff.cbu.edu/~rprice/lectures/distill.html#ideal)Metode McCabe-ThieleSalah satu metode yang sering digunakan dalam menghitung jumlah stage ideal untuk distilasi dua komponen (binary distillation) adalah dengan menggunakan metode McCabe-Thiele

Metode McCabe-Thiele ini mengasumsikan bahwa laju alir molar baik liquid maupun vapour atau L/V konstant, atau dikenal juga dengan istilah Constant Molar Overflow (CMO), namun pada keadaan sebenarnya keadaan CMO tidak konstan.Kolom Distilasi

L adalah laju alir molar yang kembali ke kolom (ke stage pertama )

V adalah uap yang keluar dari kolom menuju ke kondenser untuk di kondensasikan.

L adalah liquid yang berasal dari kolom destilasi menuju ke reboiler untuk diuapkan kembali.

V adalah uap yang terbentuk dari L dan masuk lagi ke kolom.

Untuk lebih memudahkan, bagian rectifying akan di tandai dengan subscript n, dan bagian stripping ditandai dengan subscript m.Perhitungan Theoritical StageDalam perhitungan theoritical stage ada beberapa tahap yang harus dilakukan , yaitu :Pembuatan kurva kesetimbangan uap cair (untuk senyawa atau komponen yang lebih ringan)Membuat garis operasi baik seksi rectifying (enriching) maupun strippingMembuat garis umpan / feed (q-line), q-line ini akan menunjukkan kualitas dari umpan itu sendiri, apakah dalam keadaan uap jenuh, liquid jenuh, dan lainlainMembuat atau menarik garis stage yang memotong kurva kesetimbangan yang memotong kurva kesetimbangan xy, garis operasi rectifying dan stripping yang diawali dari XD dan berakhir pada XB

Kurva KesetimbanganDalam membuat kurva kesetimbangan xy, umumnya kurva dibuat untuk komponen yang lebih ringanJika tidak terdapat data kurva kesetimbangan xy tersebut, terdapat beberapa cara dalam membuat kurva kesetimbangan ini :Dengan menggunakan relatif volatilitas :

Jika diketahui tekanan operasi kolom (dan biasanya diasumsikan tidak terjadi penurunan tekanan dalam kolom) maka kurva kesetimbangan dapat dibuat dengan rumusan

Garis Operasi RectifyingGaris operasi rectifying dapat dibuat dengan persamaan:

Garis operasi rectifying dimulai dari titik (XD,YD) atau (XD, XD), Penomoran stage umumnya dimulai dari atas lalu diteruskan ke bawah hingga berakhir pada reboiler sebagai stage terakhir. garis operasi rectifying juga dapat dijabarkan dalam persamaan lain yaitu:

R= rasio refluks = (arus yang diumpan kembali ke kolom (refluks, L)) / (arus produk atas yang diambil) =

Garis Operasi StrippingGaris operasi stripping dapat di jabarkan dengan :

Dimana :Lm= laju alir molar liquid stage ke mVm+1= laju alir molar uap stage ke m+1Xm = fraksi liquid ke n+1 komponen ringanXB = fraksi bottom produk komponen ringanB = laju alir molar bottom produk

Jika slope Lm/Vm diketahui maka garis operasi stripping dapat dibuat, tetapi biasanya mudah membuat garis operasi stripping setelah garis umpan ( q line ) diketahui.

Garis Umpan (q-line)Feed yang masuk ke kolom destilasi dapat dalam berbagai kondisi antara lain :Feed pada kondisi dingin , q > 1Feed pada kondisi titik gelembung, saturated liquid, q = 1Feed pada kondisi campuran uap cair 0 < q < 1Feed pada kondisi titik embun, saturated vapour q = 0Feed pada kondisi uap panas lanjut, saturated vapour q < 0

Garis umpan dapat dibuat dengan persamaan:

Dimana :q = nilai kualitas umpanXF = fraksi umpan atau feed komponen ringan

Contoh soal 18.2Sebuah kolom fraksionasi kontinu didesain untuk memisahkan 30.000 kg/jam campuran yang terdiri dari 40% benzena dan 60% toluena sehingga menghasilkan produk atas yang mengandung 97% benzena dan produk bawah yang mengandung 98% toluena. Persentase tersebut berdasarkan beratnya. Rasio reflux yang digunakan adalah 3,5 mol untuk 1 mol produk. Panas laten molal dari benzena dan toluena adalah 7360 dan 7960 kal/g. Benzena dan toluena membentuk sistem ideal dengan volatilitas relatif sekitar 2,5. Umpan (feed) memiliki titik didih 95 C pada tekanan 1 atm.Hitunglah mol dari produk atas dan produk bawah untuk setiap jamnyaTentukan jumlah plat ideal dan posisi dari plat umpan (feed)JawabanMr dari benzena 78 dan toluena 92. Sehingga konsentrasi dari umpan, produk atas, dan bawah dalam fraksi mol adalah sebagai berikut:

Dan Mr rata-rata dari umpan adalah:

Contoh SoalLaju alir umpan (F) = 30.000/85,8 = 350 kg mol/hSehingga:

b)

Dari kurva yang digambar tersebut, diketahui bahwa:

Dibutuhkan 11 plat ideal Posisi umpan berada pada plat ke-7 dari atasContoh SoalFoust, A.S.et al.. 1980.Principles of Unit Operations, 2nd Edition. Jhon Wiley. pp. 13-14.New Castle University. Distillation Basic.http://lorien.ncl.ac.uk/ming/Webnotes/sp3/McCabe/mccabe.swf Diakses pada 12 September 2014 Pukul 12.30. Tham, M. T. 2004. Distillation: an introduction. http://lorien.ncl.ac.uk/ming/distil/distil0.htm. Diakses pada 11 September 2014 Pukul 22.30.Biyanto, Totok R. 2005. Internal Model Control (IMC) Neural Network (NN) Gain Scheduling untuk Pengendalian KolomDistilasi, Jurnal Teknik Elektro, 5(2), September 2005, pp. 73-79. Coulson and Richardsons. 2002. Chemical Engineering, Fifth Edition. Oxford: Butterworth-Heinemann.Komariah, Leily Nurul, et al. 2009. Tinjauan Teoritis Perancangan Kolom Distilasi untuk Pra-Rencana Pabrik Skala Industri. Jurnal Teknik Kimia, 16(4), Desember 2009, pp. 19-27. McCabe, Warren L, et al. 1993. Unit Operations of Chemichal Engineering, 5th Edition. Singapore: McGraw-Hill.W, Vicky Adrian, et al. 2006. Kolom Distilasi. PPT Pengantar Teknik Kimia. Depok: Program Studi teknik Kimia, Fakultas Teknik Universitas Indonesia.REFERENSI