Ruang Lingkup1 Pemilihan Tipe Kolom

2 Penentuan Kondisi operasi

3 Perancangan Tray Tower

4 Perancangan Packed Tower

Penentuan Kondisi Operasi Kolom Kondisi operasi kolom ditentukan oleh pasangan suhu dan tekanan yang

membentuk kesetimbangan pada suatu tray di sepanjang Kolom

Kondisi operasi kolom meliputi kondisi operasi puncak dan kondisi operasidasar kolom

Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom Kondisi puncak kolom ditentukan oleh pasangan suhu T1 dan

tekanan P1 yang membentuk keseimbangan pada tray puncak (tray ke 1) baik menggunakan kondensor total maupun parsial

Kondensor Total Kondensor Parsial

Penentuan Kondisi Operasi Puncak KolomPada suhu T1 dan tekanan P1 arus L1 dengan komposisi x1 seimbangdengan arus V1 dengan komposisi y1 Dengan demikian dipenuhikriteria berikut

1 Di setiap fasa baik fasa L1 maupun V1 terdapat distribusi suhu tekanan dan konsentrasi yang serba sama

2 Fasa L1 dan fasa V1 keduanya jenuh

3 Netto propertiesnya sama dengan nol artinya

a Suhu L1 sama dengan suhu V1 yaitu T1

b Tekanan L1 sama dengan tekanan V1 yaitu P1

4 Korelasi komposisi V1 yang seimbang dengan L1 memenuhipersamaan

1199101 = K11199091

K1 adalah konstanta Keseimbangan suatu komponen pada suhu T1 dan tekanan P1

Penentuan Kondisi Operasi Puncak KolomJika kondensor yang digunakan KONDENSOR TOTAL

1 Hasil puncak diambil berupa cairan D dengan komposisi xD

2 Komposisi y1 = xD =xo

Jika kondensor yang digunakan KONDENSOR PARSIAL

1 Hasil puncak diambil berupa uap Dv dengan komposisi yD

2 Komposisi y1nexDnexo

3 Komposisi y1merupakan komposisi rata-rata dengan Dv dan Lo

1199101 =119871119900 1198830 + 1198631199071199101198631198710 + 119863119907

Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom4 Arus Dv boleh jadi seimbang dengan arus Lo sehingga

a Kondensor parsial setara dengan satu tray plate ideal yang letaknya di luar kolom

b Korelasi komposisi antara hasil puncak yD dengan cairan refluk X0 memenuhipersamaan

119962119915 = 119818119961120782K adalah Konstanta Keseimbangan thermodinamis suatu komponen pada suhu T dan Tekanan P kondensor

5 Kondisi puncak kolom ditentukan setelah suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada kondensor parsial ditentukan terlebih dahulu

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomDitentukan oleh pasangan suhu Tn dan tekanan Pn yang membentukkeseimbangan pada tray ke n atau tray dasar baik menggunkan reboiler total maupun reboiler parsial

Reboiler Total Reboiler Parsial

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomPada suhu Tn dan tekanan Pn arus Vn dengan komposisi yn seimbangdengan arus Ln dengan komposisi Xn Dengan demikian dipenuhikriteria berikut

1 Di setiap fasa baik fasa Vn maupun Ln terdapat distribusi suhu tekanan dan konsentrasi yang serbasama

2 Fasa Ln dan fasa Vn keduanya jenuh

3 Netto propertiesnya sama dengan nol artinya

a Suhu Ln sama dengan suhu Vn yaitu Tn

b Tekanan Vn sama dengan tekanan Ln yaitu Pn

4 Korelasi komposisi Vn yang seimbang dengan Ln memenuhipersamaan

119910119899 = K119899119909119899

Kn adalah Konstanta Keseimbangan suatu komponen pada suhu Tn dan tekanan Pn

(n)

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomJika reboiler yang digunakan REBOILER TOTAL

Komposisi Xn = Xw = yn+1

Jika reboiler yang digunakan REBOILER PARSIAL

1 Komposisi XnneXwne yn+1

2 Komposisi Xnmerupakan komposisi rata-rata antara arus W dan Vn+1

119909119899 =119882119883119908 + 119881119899+1119910119899+1

119882 + 119881119899+1

(n)

Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom4 Arus Vn+1 boleh jadi seimbang dengan arus W sehingga

a Reboiler parsial setara dengan satu tray plate ideal yang letaknya di luarkolom

b Korelasi komposisi antara hasil dasar xw dengan uap refluk yn+1 memenuhipersamaan

119910119899+1 = K119909119908K adalah Konstanta Keseimbangan thermodinamis suatu komponen pada suhu T dan tekanan P Reboiler

5 Kondisi dasar kolom ditentukan setelah suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada reboiler parsial ditentukan terlebih dahulu

(n)

Penting untuk diperhatikan1 Jika dimungkinkan operasikan kolom pada tekanan 1 (satu) atmosfer

2 Suhu dan tekanan puncak kolom harus di bawah suhu dan tekanankritis masing-masing komponen yang terdapat pada hasil puncak

3 Suhu dan tekanan puncak kolom lebih rendah dari suhu dan tekanandasar kolom

4 Kondisi operasi kolom ditentukan dengan mempertimbangkanutilitas yang ada serta beda suhu yang diizinkan

5 Penggunaan refrigerant sebagai fluida dingin dimaksudkan untukmenghindari tekanan operasi yang terlalu besar

6 Process Fluid adalah pemanfaatan fluida panas atau fluida dinginyang dihasilkan oleh suatu alat proses sebagai pemanaspendinginpada alat proses lain

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi uap yi1

3 Tentukan suhu operasi T1 dengan pertimbangan a Suhu T1 harus di bawah suhu kritis Tc masing-masing komponen yang

terdapat dalam hasil puncak

b Utilitas yang ada misalnya air dapat digunakan sebagai pendingindengan T yang diizinkan antara 6 ndash 20oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi P1 dengan pertimbangan a Tekanan P1 harus di bawah tekanan kritis Pc masing-masing komponen

yang terdapat pada hasil puncak

b Jika dimungkinkan coba P1 = 1 atm

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap yi1 yang seimbang dengan komposisicairan xi1 dari hub yi1 = Ki1xi1

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan tekanan T1 dan P1

a Jika Xi1 = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi puncak kolom

b Jika Xi1 ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat denganpertimbangan bahwa jika dimungkinkan pertahankan air sebagai pendingin dan hindari penggunaan tekanan vakum atautekanan tinggi

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi cairan xin

3 Tentukan suhu operasi Tn dengan pertimbangan a Suhu Tn lebih tinggi dari T1

b Utilitas yang ada misalnya air (steam) dapat digunakan sebagaipemanas dengan T yang diizinkan antara 10 ndash 60oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi Pn dengan pertimbangan a Tekanan Pn harus lebih tinggi dari P1

b Steam jenuh pada tekanan rendah sampai medium dapat digunakan

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap xin yang seimbang dengan komposisi uapyin dari hub yin = Kinxin

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan Tekanan Tn dan Pn

a Jika yin = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi dasar kolom

b Jika yin ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat

K-Values for systems of light hydrocarbons LowTemperature Range

K-Values for systems of light hydrocarbons High Temperature Range

Contoh Soal 1Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mol C3 dan maksimal 1 mol C3 Hitunglah kondisioperasi puncak dan dasar menara

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Kondisi Operasi Kolom Kondisi operasi kolom ditentukan oleh pasangan suhu dan tekanan yang

membentuk kesetimbangan pada suatu tray di sepanjang Kolom

Kondisi operasi kolom meliputi kondisi operasi puncak dan kondisi operasidasar kolom

Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom Kondisi puncak kolom ditentukan oleh pasangan suhu T1 dan

tekanan P1 yang membentuk keseimbangan pada tray puncak (tray ke 1) baik menggunakan kondensor total maupun parsial

Kondensor Total Kondensor Parsial

Penentuan Kondisi Operasi Puncak KolomPada suhu T1 dan tekanan P1 arus L1 dengan komposisi x1 seimbangdengan arus V1 dengan komposisi y1 Dengan demikian dipenuhikriteria berikut

1 Di setiap fasa baik fasa L1 maupun V1 terdapat distribusi suhu tekanan dan konsentrasi yang serba sama

2 Fasa L1 dan fasa V1 keduanya jenuh

3 Netto propertiesnya sama dengan nol artinya

a Suhu L1 sama dengan suhu V1 yaitu T1

b Tekanan L1 sama dengan tekanan V1 yaitu P1

4 Korelasi komposisi V1 yang seimbang dengan L1 memenuhipersamaan

1199101 = K11199091

K1 adalah konstanta Keseimbangan suatu komponen pada suhu T1 dan tekanan P1

Penentuan Kondisi Operasi Puncak KolomJika kondensor yang digunakan KONDENSOR TOTAL

1 Hasil puncak diambil berupa cairan D dengan komposisi xD

2 Komposisi y1 = xD =xo

Jika kondensor yang digunakan KONDENSOR PARSIAL

1 Hasil puncak diambil berupa uap Dv dengan komposisi yD

2 Komposisi y1nexDnexo

3 Komposisi y1merupakan komposisi rata-rata dengan Dv dan Lo

1199101 =119871119900 1198830 + 1198631199071199101198631198710 + 119863119907

Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom4 Arus Dv boleh jadi seimbang dengan arus Lo sehingga

a Kondensor parsial setara dengan satu tray plate ideal yang letaknya di luar kolom

b Korelasi komposisi antara hasil puncak yD dengan cairan refluk X0 memenuhipersamaan

119962119915 = 119818119961120782K adalah Konstanta Keseimbangan thermodinamis suatu komponen pada suhu T dan Tekanan P kondensor

5 Kondisi puncak kolom ditentukan setelah suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada kondensor parsial ditentukan terlebih dahulu

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomDitentukan oleh pasangan suhu Tn dan tekanan Pn yang membentukkeseimbangan pada tray ke n atau tray dasar baik menggunkan reboiler total maupun reboiler parsial

Reboiler Total Reboiler Parsial

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomPada suhu Tn dan tekanan Pn arus Vn dengan komposisi yn seimbangdengan arus Ln dengan komposisi Xn Dengan demikian dipenuhikriteria berikut

1 Di setiap fasa baik fasa Vn maupun Ln terdapat distribusi suhu tekanan dan konsentrasi yang serbasama

2 Fasa Ln dan fasa Vn keduanya jenuh

3 Netto propertiesnya sama dengan nol artinya

a Suhu Ln sama dengan suhu Vn yaitu Tn

b Tekanan Vn sama dengan tekanan Ln yaitu Pn

4 Korelasi komposisi Vn yang seimbang dengan Ln memenuhipersamaan

119910119899 = K119899119909119899

Kn adalah Konstanta Keseimbangan suatu komponen pada suhu Tn dan tekanan Pn

(n)

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomJika reboiler yang digunakan REBOILER TOTAL

Komposisi Xn = Xw = yn+1

Jika reboiler yang digunakan REBOILER PARSIAL

1 Komposisi XnneXwne yn+1

2 Komposisi Xnmerupakan komposisi rata-rata antara arus W dan Vn+1

119909119899 =119882119883119908 + 119881119899+1119910119899+1

119882 + 119881119899+1

(n)

Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom4 Arus Vn+1 boleh jadi seimbang dengan arus W sehingga

a Reboiler parsial setara dengan satu tray plate ideal yang letaknya di luarkolom

b Korelasi komposisi antara hasil dasar xw dengan uap refluk yn+1 memenuhipersamaan

119910119899+1 = K119909119908K adalah Konstanta Keseimbangan thermodinamis suatu komponen pada suhu T dan tekanan P Reboiler

5 Kondisi dasar kolom ditentukan setelah suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada reboiler parsial ditentukan terlebih dahulu

(n)

Penting untuk diperhatikan1 Jika dimungkinkan operasikan kolom pada tekanan 1 (satu) atmosfer

2 Suhu dan tekanan puncak kolom harus di bawah suhu dan tekanankritis masing-masing komponen yang terdapat pada hasil puncak

3 Suhu dan tekanan puncak kolom lebih rendah dari suhu dan tekanandasar kolom

4 Kondisi operasi kolom ditentukan dengan mempertimbangkanutilitas yang ada serta beda suhu yang diizinkan

5 Penggunaan refrigerant sebagai fluida dingin dimaksudkan untukmenghindari tekanan operasi yang terlalu besar

6 Process Fluid adalah pemanfaatan fluida panas atau fluida dinginyang dihasilkan oleh suatu alat proses sebagai pemanaspendinginpada alat proses lain

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi uap yi1

3 Tentukan suhu operasi T1 dengan pertimbangan a Suhu T1 harus di bawah suhu kritis Tc masing-masing komponen yang

terdapat dalam hasil puncak

b Utilitas yang ada misalnya air dapat digunakan sebagai pendingindengan T yang diizinkan antara 6 ndash 20oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi P1 dengan pertimbangan a Tekanan P1 harus di bawah tekanan kritis Pc masing-masing komponen

yang terdapat pada hasil puncak

b Jika dimungkinkan coba P1 = 1 atm

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap yi1 yang seimbang dengan komposisicairan xi1 dari hub yi1 = Ki1xi1

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan tekanan T1 dan P1

a Jika Xi1 = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi puncak kolom

b Jika Xi1 ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat denganpertimbangan bahwa jika dimungkinkan pertahankan air sebagai pendingin dan hindari penggunaan tekanan vakum atautekanan tinggi

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi cairan xin

3 Tentukan suhu operasi Tn dengan pertimbangan a Suhu Tn lebih tinggi dari T1

b Utilitas yang ada misalnya air (steam) dapat digunakan sebagaipemanas dengan T yang diizinkan antara 10 ndash 60oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi Pn dengan pertimbangan a Tekanan Pn harus lebih tinggi dari P1

b Steam jenuh pada tekanan rendah sampai medium dapat digunakan

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap xin yang seimbang dengan komposisi uapyin dari hub yin = Kinxin

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan Tekanan Tn dan Pn

a Jika yin = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi dasar kolom

b Jika yin ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat

K-Values for systems of light hydrocarbons LowTemperature Range

K-Values for systems of light hydrocarbons High Temperature Range

Contoh Soal 1Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mol C3 dan maksimal 1 mol C3 Hitunglah kondisioperasi puncak dan dasar menara

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom Kondisi puncak kolom ditentukan oleh pasangan suhu T1 dan

tekanan P1 yang membentuk keseimbangan pada tray puncak (tray ke 1) baik menggunakan kondensor total maupun parsial

Kondensor Total Kondensor Parsial

Penentuan Kondisi Operasi Puncak KolomPada suhu T1 dan tekanan P1 arus L1 dengan komposisi x1 seimbangdengan arus V1 dengan komposisi y1 Dengan demikian dipenuhikriteria berikut

1 Di setiap fasa baik fasa L1 maupun V1 terdapat distribusi suhu tekanan dan konsentrasi yang serba sama

2 Fasa L1 dan fasa V1 keduanya jenuh

3 Netto propertiesnya sama dengan nol artinya

a Suhu L1 sama dengan suhu V1 yaitu T1

b Tekanan L1 sama dengan tekanan V1 yaitu P1

4 Korelasi komposisi V1 yang seimbang dengan L1 memenuhipersamaan

1199101 = K11199091

K1 adalah konstanta Keseimbangan suatu komponen pada suhu T1 dan tekanan P1

Penentuan Kondisi Operasi Puncak KolomJika kondensor yang digunakan KONDENSOR TOTAL

1 Hasil puncak diambil berupa cairan D dengan komposisi xD

2 Komposisi y1 = xD =xo

Jika kondensor yang digunakan KONDENSOR PARSIAL

1 Hasil puncak diambil berupa uap Dv dengan komposisi yD

2 Komposisi y1nexDnexo

3 Komposisi y1merupakan komposisi rata-rata dengan Dv dan Lo

1199101 =119871119900 1198830 + 1198631199071199101198631198710 + 119863119907

Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom4 Arus Dv boleh jadi seimbang dengan arus Lo sehingga

a Kondensor parsial setara dengan satu tray plate ideal yang letaknya di luar kolom

b Korelasi komposisi antara hasil puncak yD dengan cairan refluk X0 memenuhipersamaan

119962119915 = 119818119961120782K adalah Konstanta Keseimbangan thermodinamis suatu komponen pada suhu T dan Tekanan P kondensor

5 Kondisi puncak kolom ditentukan setelah suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada kondensor parsial ditentukan terlebih dahulu

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomDitentukan oleh pasangan suhu Tn dan tekanan Pn yang membentukkeseimbangan pada tray ke n atau tray dasar baik menggunkan reboiler total maupun reboiler parsial

Reboiler Total Reboiler Parsial

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomPada suhu Tn dan tekanan Pn arus Vn dengan komposisi yn seimbangdengan arus Ln dengan komposisi Xn Dengan demikian dipenuhikriteria berikut

1 Di setiap fasa baik fasa Vn maupun Ln terdapat distribusi suhu tekanan dan konsentrasi yang serbasama

2 Fasa Ln dan fasa Vn keduanya jenuh

3 Netto propertiesnya sama dengan nol artinya

a Suhu Ln sama dengan suhu Vn yaitu Tn

b Tekanan Vn sama dengan tekanan Ln yaitu Pn

4 Korelasi komposisi Vn yang seimbang dengan Ln memenuhipersamaan

119910119899 = K119899119909119899

Kn adalah Konstanta Keseimbangan suatu komponen pada suhu Tn dan tekanan Pn

(n)

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomJika reboiler yang digunakan REBOILER TOTAL

Komposisi Xn = Xw = yn+1

Jika reboiler yang digunakan REBOILER PARSIAL

1 Komposisi XnneXwne yn+1

2 Komposisi Xnmerupakan komposisi rata-rata antara arus W dan Vn+1

119909119899 =119882119883119908 + 119881119899+1119910119899+1

119882 + 119881119899+1

(n)

Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom4 Arus Vn+1 boleh jadi seimbang dengan arus W sehingga

a Reboiler parsial setara dengan satu tray plate ideal yang letaknya di luarkolom

b Korelasi komposisi antara hasil dasar xw dengan uap refluk yn+1 memenuhipersamaan

119910119899+1 = K119909119908K adalah Konstanta Keseimbangan thermodinamis suatu komponen pada suhu T dan tekanan P Reboiler

5 Kondisi dasar kolom ditentukan setelah suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada reboiler parsial ditentukan terlebih dahulu

(n)

Penting untuk diperhatikan1 Jika dimungkinkan operasikan kolom pada tekanan 1 (satu) atmosfer

2 Suhu dan tekanan puncak kolom harus di bawah suhu dan tekanankritis masing-masing komponen yang terdapat pada hasil puncak

3 Suhu dan tekanan puncak kolom lebih rendah dari suhu dan tekanandasar kolom

4 Kondisi operasi kolom ditentukan dengan mempertimbangkanutilitas yang ada serta beda suhu yang diizinkan

5 Penggunaan refrigerant sebagai fluida dingin dimaksudkan untukmenghindari tekanan operasi yang terlalu besar

6 Process Fluid adalah pemanfaatan fluida panas atau fluida dinginyang dihasilkan oleh suatu alat proses sebagai pemanaspendinginpada alat proses lain

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi uap yi1

3 Tentukan suhu operasi T1 dengan pertimbangan a Suhu T1 harus di bawah suhu kritis Tc masing-masing komponen yang

terdapat dalam hasil puncak

b Utilitas yang ada misalnya air dapat digunakan sebagai pendingindengan T yang diizinkan antara 6 ndash 20oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi P1 dengan pertimbangan a Tekanan P1 harus di bawah tekanan kritis Pc masing-masing komponen

yang terdapat pada hasil puncak

b Jika dimungkinkan coba P1 = 1 atm

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap yi1 yang seimbang dengan komposisicairan xi1 dari hub yi1 = Ki1xi1

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan tekanan T1 dan P1

a Jika Xi1 = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi puncak kolom

b Jika Xi1 ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat denganpertimbangan bahwa jika dimungkinkan pertahankan air sebagai pendingin dan hindari penggunaan tekanan vakum atautekanan tinggi

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi cairan xin

3 Tentukan suhu operasi Tn dengan pertimbangan a Suhu Tn lebih tinggi dari T1

b Utilitas yang ada misalnya air (steam) dapat digunakan sebagaipemanas dengan T yang diizinkan antara 10 ndash 60oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi Pn dengan pertimbangan a Tekanan Pn harus lebih tinggi dari P1

b Steam jenuh pada tekanan rendah sampai medium dapat digunakan

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap xin yang seimbang dengan komposisi uapyin dari hub yin = Kinxin

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan Tekanan Tn dan Pn

a Jika yin = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi dasar kolom

b Jika yin ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat

K-Values for systems of light hydrocarbons LowTemperature Range

K-Values for systems of light hydrocarbons High Temperature Range

Contoh Soal 1Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mol C3 dan maksimal 1 mol C3 Hitunglah kondisioperasi puncak dan dasar menara

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Kondisi Operasi Puncak KolomPada suhu T1 dan tekanan P1 arus L1 dengan komposisi x1 seimbangdengan arus V1 dengan komposisi y1 Dengan demikian dipenuhikriteria berikut

1 Di setiap fasa baik fasa L1 maupun V1 terdapat distribusi suhu tekanan dan konsentrasi yang serba sama

2 Fasa L1 dan fasa V1 keduanya jenuh

3 Netto propertiesnya sama dengan nol artinya

a Suhu L1 sama dengan suhu V1 yaitu T1

b Tekanan L1 sama dengan tekanan V1 yaitu P1

4 Korelasi komposisi V1 yang seimbang dengan L1 memenuhipersamaan

1199101 = K11199091

K1 adalah konstanta Keseimbangan suatu komponen pada suhu T1 dan tekanan P1

Penentuan Kondisi Operasi Puncak KolomJika kondensor yang digunakan KONDENSOR TOTAL

1 Hasil puncak diambil berupa cairan D dengan komposisi xD

2 Komposisi y1 = xD =xo

Jika kondensor yang digunakan KONDENSOR PARSIAL

1 Hasil puncak diambil berupa uap Dv dengan komposisi yD

2 Komposisi y1nexDnexo

3 Komposisi y1merupakan komposisi rata-rata dengan Dv dan Lo

1199101 =119871119900 1198830 + 1198631199071199101198631198710 + 119863119907

Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom4 Arus Dv boleh jadi seimbang dengan arus Lo sehingga

a Kondensor parsial setara dengan satu tray plate ideal yang letaknya di luar kolom

b Korelasi komposisi antara hasil puncak yD dengan cairan refluk X0 memenuhipersamaan

119962119915 = 119818119961120782K adalah Konstanta Keseimbangan thermodinamis suatu komponen pada suhu T dan Tekanan P kondensor

5 Kondisi puncak kolom ditentukan setelah suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada kondensor parsial ditentukan terlebih dahulu

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomDitentukan oleh pasangan suhu Tn dan tekanan Pn yang membentukkeseimbangan pada tray ke n atau tray dasar baik menggunkan reboiler total maupun reboiler parsial

Reboiler Total Reboiler Parsial

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomPada suhu Tn dan tekanan Pn arus Vn dengan komposisi yn seimbangdengan arus Ln dengan komposisi Xn Dengan demikian dipenuhikriteria berikut

1 Di setiap fasa baik fasa Vn maupun Ln terdapat distribusi suhu tekanan dan konsentrasi yang serbasama

2 Fasa Ln dan fasa Vn keduanya jenuh

3 Netto propertiesnya sama dengan nol artinya

a Suhu Ln sama dengan suhu Vn yaitu Tn

b Tekanan Vn sama dengan tekanan Ln yaitu Pn

4 Korelasi komposisi Vn yang seimbang dengan Ln memenuhipersamaan

119910119899 = K119899119909119899

Kn adalah Konstanta Keseimbangan suatu komponen pada suhu Tn dan tekanan Pn

(n)

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomJika reboiler yang digunakan REBOILER TOTAL

Komposisi Xn = Xw = yn+1

Jika reboiler yang digunakan REBOILER PARSIAL

1 Komposisi XnneXwne yn+1

2 Komposisi Xnmerupakan komposisi rata-rata antara arus W dan Vn+1

119909119899 =119882119883119908 + 119881119899+1119910119899+1

119882 + 119881119899+1

(n)

Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom4 Arus Vn+1 boleh jadi seimbang dengan arus W sehingga

a Reboiler parsial setara dengan satu tray plate ideal yang letaknya di luarkolom

b Korelasi komposisi antara hasil dasar xw dengan uap refluk yn+1 memenuhipersamaan

119910119899+1 = K119909119908K adalah Konstanta Keseimbangan thermodinamis suatu komponen pada suhu T dan tekanan P Reboiler

5 Kondisi dasar kolom ditentukan setelah suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada reboiler parsial ditentukan terlebih dahulu

(n)

Penting untuk diperhatikan1 Jika dimungkinkan operasikan kolom pada tekanan 1 (satu) atmosfer

2 Suhu dan tekanan puncak kolom harus di bawah suhu dan tekanankritis masing-masing komponen yang terdapat pada hasil puncak

3 Suhu dan tekanan puncak kolom lebih rendah dari suhu dan tekanandasar kolom

4 Kondisi operasi kolom ditentukan dengan mempertimbangkanutilitas yang ada serta beda suhu yang diizinkan

5 Penggunaan refrigerant sebagai fluida dingin dimaksudkan untukmenghindari tekanan operasi yang terlalu besar

6 Process Fluid adalah pemanfaatan fluida panas atau fluida dinginyang dihasilkan oleh suatu alat proses sebagai pemanaspendinginpada alat proses lain

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi uap yi1

3 Tentukan suhu operasi T1 dengan pertimbangan a Suhu T1 harus di bawah suhu kritis Tc masing-masing komponen yang

terdapat dalam hasil puncak

b Utilitas yang ada misalnya air dapat digunakan sebagai pendingindengan T yang diizinkan antara 6 ndash 20oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi P1 dengan pertimbangan a Tekanan P1 harus di bawah tekanan kritis Pc masing-masing komponen

yang terdapat pada hasil puncak

b Jika dimungkinkan coba P1 = 1 atm

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap yi1 yang seimbang dengan komposisicairan xi1 dari hub yi1 = Ki1xi1

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan tekanan T1 dan P1

a Jika Xi1 = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi puncak kolom

b Jika Xi1 ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat denganpertimbangan bahwa jika dimungkinkan pertahankan air sebagai pendingin dan hindari penggunaan tekanan vakum atautekanan tinggi

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi cairan xin

3 Tentukan suhu operasi Tn dengan pertimbangan a Suhu Tn lebih tinggi dari T1

b Utilitas yang ada misalnya air (steam) dapat digunakan sebagaipemanas dengan T yang diizinkan antara 10 ndash 60oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi Pn dengan pertimbangan a Tekanan Pn harus lebih tinggi dari P1

b Steam jenuh pada tekanan rendah sampai medium dapat digunakan

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap xin yang seimbang dengan komposisi uapyin dari hub yin = Kinxin

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan Tekanan Tn dan Pn

a Jika yin = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi dasar kolom

b Jika yin ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat

K-Values for systems of light hydrocarbons LowTemperature Range

K-Values for systems of light hydrocarbons High Temperature Range

Contoh Soal 1Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mol C3 dan maksimal 1 mol C3 Hitunglah kondisioperasi puncak dan dasar menara

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Kondisi Operasi Puncak KolomJika kondensor yang digunakan KONDENSOR TOTAL

1 Hasil puncak diambil berupa cairan D dengan komposisi xD

2 Komposisi y1 = xD =xo

Jika kondensor yang digunakan KONDENSOR PARSIAL

1 Hasil puncak diambil berupa uap Dv dengan komposisi yD

2 Komposisi y1nexDnexo

3 Komposisi y1merupakan komposisi rata-rata dengan Dv dan Lo

1199101 =119871119900 1198830 + 1198631199071199101198631198710 + 119863119907

Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom4 Arus Dv boleh jadi seimbang dengan arus Lo sehingga

a Kondensor parsial setara dengan satu tray plate ideal yang letaknya di luar kolom

b Korelasi komposisi antara hasil puncak yD dengan cairan refluk X0 memenuhipersamaan

119962119915 = 119818119961120782K adalah Konstanta Keseimbangan thermodinamis suatu komponen pada suhu T dan Tekanan P kondensor

5 Kondisi puncak kolom ditentukan setelah suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada kondensor parsial ditentukan terlebih dahulu

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomDitentukan oleh pasangan suhu Tn dan tekanan Pn yang membentukkeseimbangan pada tray ke n atau tray dasar baik menggunkan reboiler total maupun reboiler parsial

Reboiler Total Reboiler Parsial

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomPada suhu Tn dan tekanan Pn arus Vn dengan komposisi yn seimbangdengan arus Ln dengan komposisi Xn Dengan demikian dipenuhikriteria berikut

1 Di setiap fasa baik fasa Vn maupun Ln terdapat distribusi suhu tekanan dan konsentrasi yang serbasama

2 Fasa Ln dan fasa Vn keduanya jenuh

3 Netto propertiesnya sama dengan nol artinya

a Suhu Ln sama dengan suhu Vn yaitu Tn

b Tekanan Vn sama dengan tekanan Ln yaitu Pn

4 Korelasi komposisi Vn yang seimbang dengan Ln memenuhipersamaan

119910119899 = K119899119909119899

Kn adalah Konstanta Keseimbangan suatu komponen pada suhu Tn dan tekanan Pn

(n)

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomJika reboiler yang digunakan REBOILER TOTAL

Komposisi Xn = Xw = yn+1

Jika reboiler yang digunakan REBOILER PARSIAL

1 Komposisi XnneXwne yn+1

2 Komposisi Xnmerupakan komposisi rata-rata antara arus W dan Vn+1

119909119899 =119882119883119908 + 119881119899+1119910119899+1

119882 + 119881119899+1

(n)

Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom4 Arus Vn+1 boleh jadi seimbang dengan arus W sehingga

a Reboiler parsial setara dengan satu tray plate ideal yang letaknya di luarkolom

b Korelasi komposisi antara hasil dasar xw dengan uap refluk yn+1 memenuhipersamaan

119910119899+1 = K119909119908K adalah Konstanta Keseimbangan thermodinamis suatu komponen pada suhu T dan tekanan P Reboiler

5 Kondisi dasar kolom ditentukan setelah suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada reboiler parsial ditentukan terlebih dahulu

(n)

Penting untuk diperhatikan1 Jika dimungkinkan operasikan kolom pada tekanan 1 (satu) atmosfer

2 Suhu dan tekanan puncak kolom harus di bawah suhu dan tekanankritis masing-masing komponen yang terdapat pada hasil puncak

3 Suhu dan tekanan puncak kolom lebih rendah dari suhu dan tekanandasar kolom

4 Kondisi operasi kolom ditentukan dengan mempertimbangkanutilitas yang ada serta beda suhu yang diizinkan

5 Penggunaan refrigerant sebagai fluida dingin dimaksudkan untukmenghindari tekanan operasi yang terlalu besar

6 Process Fluid adalah pemanfaatan fluida panas atau fluida dinginyang dihasilkan oleh suatu alat proses sebagai pemanaspendinginpada alat proses lain

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi uap yi1

3 Tentukan suhu operasi T1 dengan pertimbangan a Suhu T1 harus di bawah suhu kritis Tc masing-masing komponen yang

terdapat dalam hasil puncak

b Utilitas yang ada misalnya air dapat digunakan sebagai pendingindengan T yang diizinkan antara 6 ndash 20oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi P1 dengan pertimbangan a Tekanan P1 harus di bawah tekanan kritis Pc masing-masing komponen

yang terdapat pada hasil puncak

b Jika dimungkinkan coba P1 = 1 atm

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap yi1 yang seimbang dengan komposisicairan xi1 dari hub yi1 = Ki1xi1

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan tekanan T1 dan P1

a Jika Xi1 = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi puncak kolom

b Jika Xi1 ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat denganpertimbangan bahwa jika dimungkinkan pertahankan air sebagai pendingin dan hindari penggunaan tekanan vakum atautekanan tinggi

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi cairan xin

3 Tentukan suhu operasi Tn dengan pertimbangan a Suhu Tn lebih tinggi dari T1

b Utilitas yang ada misalnya air (steam) dapat digunakan sebagaipemanas dengan T yang diizinkan antara 10 ndash 60oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi Pn dengan pertimbangan a Tekanan Pn harus lebih tinggi dari P1

b Steam jenuh pada tekanan rendah sampai medium dapat digunakan

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap xin yang seimbang dengan komposisi uapyin dari hub yin = Kinxin

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan Tekanan Tn dan Pn

a Jika yin = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi dasar kolom

b Jika yin ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat

K-Values for systems of light hydrocarbons LowTemperature Range

K-Values for systems of light hydrocarbons High Temperature Range

Contoh Soal 1Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mol C3 dan maksimal 1 mol C3 Hitunglah kondisioperasi puncak dan dasar menara

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom4 Arus Dv boleh jadi seimbang dengan arus Lo sehingga

a Kondensor parsial setara dengan satu tray plate ideal yang letaknya di luar kolom

b Korelasi komposisi antara hasil puncak yD dengan cairan refluk X0 memenuhipersamaan

119962119915 = 119818119961120782K adalah Konstanta Keseimbangan thermodinamis suatu komponen pada suhu T dan Tekanan P kondensor

5 Kondisi puncak kolom ditentukan setelah suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada kondensor parsial ditentukan terlebih dahulu

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomDitentukan oleh pasangan suhu Tn dan tekanan Pn yang membentukkeseimbangan pada tray ke n atau tray dasar baik menggunkan reboiler total maupun reboiler parsial

Reboiler Total Reboiler Parsial

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomPada suhu Tn dan tekanan Pn arus Vn dengan komposisi yn seimbangdengan arus Ln dengan komposisi Xn Dengan demikian dipenuhikriteria berikut

1 Di setiap fasa baik fasa Vn maupun Ln terdapat distribusi suhu tekanan dan konsentrasi yang serbasama

2 Fasa Ln dan fasa Vn keduanya jenuh

3 Netto propertiesnya sama dengan nol artinya

a Suhu Ln sama dengan suhu Vn yaitu Tn

b Tekanan Vn sama dengan tekanan Ln yaitu Pn

4 Korelasi komposisi Vn yang seimbang dengan Ln memenuhipersamaan

119910119899 = K119899119909119899

Kn adalah Konstanta Keseimbangan suatu komponen pada suhu Tn dan tekanan Pn

(n)

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomJika reboiler yang digunakan REBOILER TOTAL

Komposisi Xn = Xw = yn+1

Jika reboiler yang digunakan REBOILER PARSIAL

1 Komposisi XnneXwne yn+1

2 Komposisi Xnmerupakan komposisi rata-rata antara arus W dan Vn+1

119909119899 =119882119883119908 + 119881119899+1119910119899+1

119882 + 119881119899+1

(n)

Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom4 Arus Vn+1 boleh jadi seimbang dengan arus W sehingga

a Reboiler parsial setara dengan satu tray plate ideal yang letaknya di luarkolom

b Korelasi komposisi antara hasil dasar xw dengan uap refluk yn+1 memenuhipersamaan

119910119899+1 = K119909119908K adalah Konstanta Keseimbangan thermodinamis suatu komponen pada suhu T dan tekanan P Reboiler

5 Kondisi dasar kolom ditentukan setelah suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada reboiler parsial ditentukan terlebih dahulu

(n)

Penting untuk diperhatikan1 Jika dimungkinkan operasikan kolom pada tekanan 1 (satu) atmosfer

2 Suhu dan tekanan puncak kolom harus di bawah suhu dan tekanankritis masing-masing komponen yang terdapat pada hasil puncak

3 Suhu dan tekanan puncak kolom lebih rendah dari suhu dan tekanandasar kolom

4 Kondisi operasi kolom ditentukan dengan mempertimbangkanutilitas yang ada serta beda suhu yang diizinkan

5 Penggunaan refrigerant sebagai fluida dingin dimaksudkan untukmenghindari tekanan operasi yang terlalu besar

6 Process Fluid adalah pemanfaatan fluida panas atau fluida dinginyang dihasilkan oleh suatu alat proses sebagai pemanaspendinginpada alat proses lain

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi uap yi1

3 Tentukan suhu operasi T1 dengan pertimbangan a Suhu T1 harus di bawah suhu kritis Tc masing-masing komponen yang

terdapat dalam hasil puncak

b Utilitas yang ada misalnya air dapat digunakan sebagai pendingindengan T yang diizinkan antara 6 ndash 20oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi P1 dengan pertimbangan a Tekanan P1 harus di bawah tekanan kritis Pc masing-masing komponen

yang terdapat pada hasil puncak

b Jika dimungkinkan coba P1 = 1 atm

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap yi1 yang seimbang dengan komposisicairan xi1 dari hub yi1 = Ki1xi1

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan tekanan T1 dan P1

a Jika Xi1 = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi puncak kolom

b Jika Xi1 ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat denganpertimbangan bahwa jika dimungkinkan pertahankan air sebagai pendingin dan hindari penggunaan tekanan vakum atautekanan tinggi

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi cairan xin

3 Tentukan suhu operasi Tn dengan pertimbangan a Suhu Tn lebih tinggi dari T1

b Utilitas yang ada misalnya air (steam) dapat digunakan sebagaipemanas dengan T yang diizinkan antara 10 ndash 60oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi Pn dengan pertimbangan a Tekanan Pn harus lebih tinggi dari P1

b Steam jenuh pada tekanan rendah sampai medium dapat digunakan

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap xin yang seimbang dengan komposisi uapyin dari hub yin = Kinxin

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan Tekanan Tn dan Pn

a Jika yin = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi dasar kolom

b Jika yin ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat

K-Values for systems of light hydrocarbons LowTemperature Range

K-Values for systems of light hydrocarbons High Temperature Range

Contoh Soal 1Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mol C3 dan maksimal 1 mol C3 Hitunglah kondisioperasi puncak dan dasar menara

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomDitentukan oleh pasangan suhu Tn dan tekanan Pn yang membentukkeseimbangan pada tray ke n atau tray dasar baik menggunkan reboiler total maupun reboiler parsial

Reboiler Total Reboiler Parsial

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomPada suhu Tn dan tekanan Pn arus Vn dengan komposisi yn seimbangdengan arus Ln dengan komposisi Xn Dengan demikian dipenuhikriteria berikut

1 Di setiap fasa baik fasa Vn maupun Ln terdapat distribusi suhu tekanan dan konsentrasi yang serbasama

2 Fasa Ln dan fasa Vn keduanya jenuh

3 Netto propertiesnya sama dengan nol artinya

a Suhu Ln sama dengan suhu Vn yaitu Tn

b Tekanan Vn sama dengan tekanan Ln yaitu Pn

4 Korelasi komposisi Vn yang seimbang dengan Ln memenuhipersamaan

119910119899 = K119899119909119899

Kn adalah Konstanta Keseimbangan suatu komponen pada suhu Tn dan tekanan Pn

(n)

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomJika reboiler yang digunakan REBOILER TOTAL

Komposisi Xn = Xw = yn+1

Jika reboiler yang digunakan REBOILER PARSIAL

1 Komposisi XnneXwne yn+1

2 Komposisi Xnmerupakan komposisi rata-rata antara arus W dan Vn+1

119909119899 =119882119883119908 + 119881119899+1119910119899+1

119882 + 119881119899+1

(n)

Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom4 Arus Vn+1 boleh jadi seimbang dengan arus W sehingga

a Reboiler parsial setara dengan satu tray plate ideal yang letaknya di luarkolom

b Korelasi komposisi antara hasil dasar xw dengan uap refluk yn+1 memenuhipersamaan

119910119899+1 = K119909119908K adalah Konstanta Keseimbangan thermodinamis suatu komponen pada suhu T dan tekanan P Reboiler

5 Kondisi dasar kolom ditentukan setelah suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada reboiler parsial ditentukan terlebih dahulu

(n)

Penting untuk diperhatikan1 Jika dimungkinkan operasikan kolom pada tekanan 1 (satu) atmosfer

2 Suhu dan tekanan puncak kolom harus di bawah suhu dan tekanankritis masing-masing komponen yang terdapat pada hasil puncak

3 Suhu dan tekanan puncak kolom lebih rendah dari suhu dan tekanandasar kolom

4 Kondisi operasi kolom ditentukan dengan mempertimbangkanutilitas yang ada serta beda suhu yang diizinkan

5 Penggunaan refrigerant sebagai fluida dingin dimaksudkan untukmenghindari tekanan operasi yang terlalu besar

6 Process Fluid adalah pemanfaatan fluida panas atau fluida dinginyang dihasilkan oleh suatu alat proses sebagai pemanaspendinginpada alat proses lain

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi uap yi1

3 Tentukan suhu operasi T1 dengan pertimbangan a Suhu T1 harus di bawah suhu kritis Tc masing-masing komponen yang

terdapat dalam hasil puncak

b Utilitas yang ada misalnya air dapat digunakan sebagai pendingindengan T yang diizinkan antara 6 ndash 20oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi P1 dengan pertimbangan a Tekanan P1 harus di bawah tekanan kritis Pc masing-masing komponen

yang terdapat pada hasil puncak

b Jika dimungkinkan coba P1 = 1 atm

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap yi1 yang seimbang dengan komposisicairan xi1 dari hub yi1 = Ki1xi1

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan tekanan T1 dan P1

a Jika Xi1 = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi puncak kolom

b Jika Xi1 ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat denganpertimbangan bahwa jika dimungkinkan pertahankan air sebagai pendingin dan hindari penggunaan tekanan vakum atautekanan tinggi

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi cairan xin

3 Tentukan suhu operasi Tn dengan pertimbangan a Suhu Tn lebih tinggi dari T1

b Utilitas yang ada misalnya air (steam) dapat digunakan sebagaipemanas dengan T yang diizinkan antara 10 ndash 60oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi Pn dengan pertimbangan a Tekanan Pn harus lebih tinggi dari P1

b Steam jenuh pada tekanan rendah sampai medium dapat digunakan

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap xin yang seimbang dengan komposisi uapyin dari hub yin = Kinxin

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan Tekanan Tn dan Pn

a Jika yin = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi dasar kolom

b Jika yin ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat

K-Values for systems of light hydrocarbons LowTemperature Range

K-Values for systems of light hydrocarbons High Temperature Range

Contoh Soal 1Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mol C3 dan maksimal 1 mol C3 Hitunglah kondisioperasi puncak dan dasar menara

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomPada suhu Tn dan tekanan Pn arus Vn dengan komposisi yn seimbangdengan arus Ln dengan komposisi Xn Dengan demikian dipenuhikriteria berikut

1 Di setiap fasa baik fasa Vn maupun Ln terdapat distribusi suhu tekanan dan konsentrasi yang serbasama

2 Fasa Ln dan fasa Vn keduanya jenuh

3 Netto propertiesnya sama dengan nol artinya

a Suhu Ln sama dengan suhu Vn yaitu Tn

b Tekanan Vn sama dengan tekanan Ln yaitu Pn

4 Korelasi komposisi Vn yang seimbang dengan Ln memenuhipersamaan

119910119899 = K119899119909119899

Kn adalah Konstanta Keseimbangan suatu komponen pada suhu Tn dan tekanan Pn

(n)

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomJika reboiler yang digunakan REBOILER TOTAL

Komposisi Xn = Xw = yn+1

Jika reboiler yang digunakan REBOILER PARSIAL

1 Komposisi XnneXwne yn+1

2 Komposisi Xnmerupakan komposisi rata-rata antara arus W dan Vn+1

119909119899 =119882119883119908 + 119881119899+1119910119899+1

119882 + 119881119899+1

(n)

Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom4 Arus Vn+1 boleh jadi seimbang dengan arus W sehingga

a Reboiler parsial setara dengan satu tray plate ideal yang letaknya di luarkolom

b Korelasi komposisi antara hasil dasar xw dengan uap refluk yn+1 memenuhipersamaan

119910119899+1 = K119909119908K adalah Konstanta Keseimbangan thermodinamis suatu komponen pada suhu T dan tekanan P Reboiler

5 Kondisi dasar kolom ditentukan setelah suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada reboiler parsial ditentukan terlebih dahulu

(n)

Penting untuk diperhatikan1 Jika dimungkinkan operasikan kolom pada tekanan 1 (satu) atmosfer

2 Suhu dan tekanan puncak kolom harus di bawah suhu dan tekanankritis masing-masing komponen yang terdapat pada hasil puncak

3 Suhu dan tekanan puncak kolom lebih rendah dari suhu dan tekanandasar kolom

4 Kondisi operasi kolom ditentukan dengan mempertimbangkanutilitas yang ada serta beda suhu yang diizinkan

5 Penggunaan refrigerant sebagai fluida dingin dimaksudkan untukmenghindari tekanan operasi yang terlalu besar

6 Process Fluid adalah pemanfaatan fluida panas atau fluida dinginyang dihasilkan oleh suatu alat proses sebagai pemanaspendinginpada alat proses lain

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi uap yi1

3 Tentukan suhu operasi T1 dengan pertimbangan a Suhu T1 harus di bawah suhu kritis Tc masing-masing komponen yang

terdapat dalam hasil puncak

b Utilitas yang ada misalnya air dapat digunakan sebagai pendingindengan T yang diizinkan antara 6 ndash 20oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi P1 dengan pertimbangan a Tekanan P1 harus di bawah tekanan kritis Pc masing-masing komponen

yang terdapat pada hasil puncak

b Jika dimungkinkan coba P1 = 1 atm

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap yi1 yang seimbang dengan komposisicairan xi1 dari hub yi1 = Ki1xi1

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan tekanan T1 dan P1

a Jika Xi1 = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi puncak kolom

b Jika Xi1 ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat denganpertimbangan bahwa jika dimungkinkan pertahankan air sebagai pendingin dan hindari penggunaan tekanan vakum atautekanan tinggi

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi cairan xin

3 Tentukan suhu operasi Tn dengan pertimbangan a Suhu Tn lebih tinggi dari T1

b Utilitas yang ada misalnya air (steam) dapat digunakan sebagaipemanas dengan T yang diizinkan antara 10 ndash 60oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi Pn dengan pertimbangan a Tekanan Pn harus lebih tinggi dari P1

b Steam jenuh pada tekanan rendah sampai medium dapat digunakan

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap xin yang seimbang dengan komposisi uapyin dari hub yin = Kinxin

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan Tekanan Tn dan Pn

a Jika yin = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi dasar kolom

b Jika yin ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat

K-Values for systems of light hydrocarbons LowTemperature Range

K-Values for systems of light hydrocarbons High Temperature Range

Contoh Soal 1Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mol C3 dan maksimal 1 mol C3 Hitunglah kondisioperasi puncak dan dasar menara

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Kondisi Operasi Dasar KolomJika reboiler yang digunakan REBOILER TOTAL

Komposisi Xn = Xw = yn+1

Jika reboiler yang digunakan REBOILER PARSIAL

1 Komposisi XnneXwne yn+1

2 Komposisi Xnmerupakan komposisi rata-rata antara arus W dan Vn+1

119909119899 =119882119883119908 + 119881119899+1119910119899+1

119882 + 119881119899+1

(n)

Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom4 Arus Vn+1 boleh jadi seimbang dengan arus W sehingga

a Reboiler parsial setara dengan satu tray plate ideal yang letaknya di luarkolom

b Korelasi komposisi antara hasil dasar xw dengan uap refluk yn+1 memenuhipersamaan

119910119899+1 = K119909119908K adalah Konstanta Keseimbangan thermodinamis suatu komponen pada suhu T dan tekanan P Reboiler

5 Kondisi dasar kolom ditentukan setelah suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada reboiler parsial ditentukan terlebih dahulu

(n)

Penting untuk diperhatikan1 Jika dimungkinkan operasikan kolom pada tekanan 1 (satu) atmosfer

2 Suhu dan tekanan puncak kolom harus di bawah suhu dan tekanankritis masing-masing komponen yang terdapat pada hasil puncak

3 Suhu dan tekanan puncak kolom lebih rendah dari suhu dan tekanandasar kolom

4 Kondisi operasi kolom ditentukan dengan mempertimbangkanutilitas yang ada serta beda suhu yang diizinkan

5 Penggunaan refrigerant sebagai fluida dingin dimaksudkan untukmenghindari tekanan operasi yang terlalu besar

6 Process Fluid adalah pemanfaatan fluida panas atau fluida dinginyang dihasilkan oleh suatu alat proses sebagai pemanaspendinginpada alat proses lain

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi uap yi1

3 Tentukan suhu operasi T1 dengan pertimbangan a Suhu T1 harus di bawah suhu kritis Tc masing-masing komponen yang

terdapat dalam hasil puncak

b Utilitas yang ada misalnya air dapat digunakan sebagai pendingindengan T yang diizinkan antara 6 ndash 20oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi P1 dengan pertimbangan a Tekanan P1 harus di bawah tekanan kritis Pc masing-masing komponen

yang terdapat pada hasil puncak

b Jika dimungkinkan coba P1 = 1 atm

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap yi1 yang seimbang dengan komposisicairan xi1 dari hub yi1 = Ki1xi1

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan tekanan T1 dan P1

a Jika Xi1 = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi puncak kolom

b Jika Xi1 ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat denganpertimbangan bahwa jika dimungkinkan pertahankan air sebagai pendingin dan hindari penggunaan tekanan vakum atautekanan tinggi

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi cairan xin

3 Tentukan suhu operasi Tn dengan pertimbangan a Suhu Tn lebih tinggi dari T1

b Utilitas yang ada misalnya air (steam) dapat digunakan sebagaipemanas dengan T yang diizinkan antara 10 ndash 60oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi Pn dengan pertimbangan a Tekanan Pn harus lebih tinggi dari P1

b Steam jenuh pada tekanan rendah sampai medium dapat digunakan

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap xin yang seimbang dengan komposisi uapyin dari hub yin = Kinxin

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan Tekanan Tn dan Pn

a Jika yin = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi dasar kolom

b Jika yin ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat

K-Values for systems of light hydrocarbons LowTemperature Range

K-Values for systems of light hydrocarbons High Temperature Range

Contoh Soal 1Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mol C3 dan maksimal 1 mol C3 Hitunglah kondisioperasi puncak dan dasar menara

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom4 Arus Vn+1 boleh jadi seimbang dengan arus W sehingga

a Reboiler parsial setara dengan satu tray plate ideal yang letaknya di luarkolom

b Korelasi komposisi antara hasil dasar xw dengan uap refluk yn+1 memenuhipersamaan

119910119899+1 = K119909119908K adalah Konstanta Keseimbangan thermodinamis suatu komponen pada suhu T dan tekanan P Reboiler

5 Kondisi dasar kolom ditentukan setelah suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada reboiler parsial ditentukan terlebih dahulu

(n)

Penting untuk diperhatikan1 Jika dimungkinkan operasikan kolom pada tekanan 1 (satu) atmosfer

2 Suhu dan tekanan puncak kolom harus di bawah suhu dan tekanankritis masing-masing komponen yang terdapat pada hasil puncak

3 Suhu dan tekanan puncak kolom lebih rendah dari suhu dan tekanandasar kolom

4 Kondisi operasi kolom ditentukan dengan mempertimbangkanutilitas yang ada serta beda suhu yang diizinkan

5 Penggunaan refrigerant sebagai fluida dingin dimaksudkan untukmenghindari tekanan operasi yang terlalu besar

6 Process Fluid adalah pemanfaatan fluida panas atau fluida dinginyang dihasilkan oleh suatu alat proses sebagai pemanaspendinginpada alat proses lain

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi uap yi1

3 Tentukan suhu operasi T1 dengan pertimbangan a Suhu T1 harus di bawah suhu kritis Tc masing-masing komponen yang

terdapat dalam hasil puncak

b Utilitas yang ada misalnya air dapat digunakan sebagai pendingindengan T yang diizinkan antara 6 ndash 20oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi P1 dengan pertimbangan a Tekanan P1 harus di bawah tekanan kritis Pc masing-masing komponen

yang terdapat pada hasil puncak

b Jika dimungkinkan coba P1 = 1 atm

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap yi1 yang seimbang dengan komposisicairan xi1 dari hub yi1 = Ki1xi1

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan tekanan T1 dan P1

a Jika Xi1 = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi puncak kolom

b Jika Xi1 ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat denganpertimbangan bahwa jika dimungkinkan pertahankan air sebagai pendingin dan hindari penggunaan tekanan vakum atautekanan tinggi

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi cairan xin

3 Tentukan suhu operasi Tn dengan pertimbangan a Suhu Tn lebih tinggi dari T1

b Utilitas yang ada misalnya air (steam) dapat digunakan sebagaipemanas dengan T yang diizinkan antara 10 ndash 60oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi Pn dengan pertimbangan a Tekanan Pn harus lebih tinggi dari P1

b Steam jenuh pada tekanan rendah sampai medium dapat digunakan

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap xin yang seimbang dengan komposisi uapyin dari hub yin = Kinxin

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan Tekanan Tn dan Pn

a Jika yin = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi dasar kolom

b Jika yin ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat

K-Values for systems of light hydrocarbons LowTemperature Range

K-Values for systems of light hydrocarbons High Temperature Range

Contoh Soal 1Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mol C3 dan maksimal 1 mol C3 Hitunglah kondisioperasi puncak dan dasar menara

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penting untuk diperhatikan1 Jika dimungkinkan operasikan kolom pada tekanan 1 (satu) atmosfer

2 Suhu dan tekanan puncak kolom harus di bawah suhu dan tekanankritis masing-masing komponen yang terdapat pada hasil puncak

3 Suhu dan tekanan puncak kolom lebih rendah dari suhu dan tekanandasar kolom

4 Kondisi operasi kolom ditentukan dengan mempertimbangkanutilitas yang ada serta beda suhu yang diizinkan

5 Penggunaan refrigerant sebagai fluida dingin dimaksudkan untukmenghindari tekanan operasi yang terlalu besar

6 Process Fluid adalah pemanfaatan fluida panas atau fluida dinginyang dihasilkan oleh suatu alat proses sebagai pemanaspendinginpada alat proses lain

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi uap yi1

3 Tentukan suhu operasi T1 dengan pertimbangan a Suhu T1 harus di bawah suhu kritis Tc masing-masing komponen yang

terdapat dalam hasil puncak

b Utilitas yang ada misalnya air dapat digunakan sebagai pendingindengan T yang diizinkan antara 6 ndash 20oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi P1 dengan pertimbangan a Tekanan P1 harus di bawah tekanan kritis Pc masing-masing komponen

yang terdapat pada hasil puncak

b Jika dimungkinkan coba P1 = 1 atm

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap yi1 yang seimbang dengan komposisicairan xi1 dari hub yi1 = Ki1xi1

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan tekanan T1 dan P1

a Jika Xi1 = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi puncak kolom

b Jika Xi1 ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat denganpertimbangan bahwa jika dimungkinkan pertahankan air sebagai pendingin dan hindari penggunaan tekanan vakum atautekanan tinggi

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi cairan xin

3 Tentukan suhu operasi Tn dengan pertimbangan a Suhu Tn lebih tinggi dari T1

b Utilitas yang ada misalnya air (steam) dapat digunakan sebagaipemanas dengan T yang diizinkan antara 10 ndash 60oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi Pn dengan pertimbangan a Tekanan Pn harus lebih tinggi dari P1

b Steam jenuh pada tekanan rendah sampai medium dapat digunakan

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap xin yang seimbang dengan komposisi uapyin dari hub yin = Kinxin

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan Tekanan Tn dan Pn

a Jika yin = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi dasar kolom

b Jika yin ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat

K-Values for systems of light hydrocarbons LowTemperature Range

K-Values for systems of light hydrocarbons High Temperature Range

Contoh Soal 1Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mol C3 dan maksimal 1 mol C3 Hitunglah kondisioperasi puncak dan dasar menara

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi uap yi1

3 Tentukan suhu operasi T1 dengan pertimbangan a Suhu T1 harus di bawah suhu kritis Tc masing-masing komponen yang

terdapat dalam hasil puncak

b Utilitas yang ada misalnya air dapat digunakan sebagai pendingindengan T yang diizinkan antara 6 ndash 20oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi P1 dengan pertimbangan a Tekanan P1 harus di bawah tekanan kritis Pc masing-masing komponen

yang terdapat pada hasil puncak

b Jika dimungkinkan coba P1 = 1 atm

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap yi1 yang seimbang dengan komposisicairan xi1 dari hub yi1 = Ki1xi1

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan tekanan T1 dan P1

a Jika Xi1 = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi puncak kolom

b Jika Xi1 ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat denganpertimbangan bahwa jika dimungkinkan pertahankan air sebagai pendingin dan hindari penggunaan tekanan vakum atautekanan tinggi

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi cairan xin

3 Tentukan suhu operasi Tn dengan pertimbangan a Suhu Tn lebih tinggi dari T1

b Utilitas yang ada misalnya air (steam) dapat digunakan sebagaipemanas dengan T yang diizinkan antara 10 ndash 60oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi Pn dengan pertimbangan a Tekanan Pn harus lebih tinggi dari P1

b Steam jenuh pada tekanan rendah sampai medium dapat digunakan

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap xin yang seimbang dengan komposisi uapyin dari hub yin = Kinxin

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan Tekanan Tn dan Pn

a Jika yin = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi dasar kolom

b Jika yin ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat

K-Values for systems of light hydrocarbons LowTemperature Range

K-Values for systems of light hydrocarbons High Temperature Range

Contoh Soal 1Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mol C3 dan maksimal 1 mol C3 Hitunglah kondisioperasi puncak dan dasar menara

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Puncak Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap yi1 yang seimbang dengan komposisicairan xi1 dari hub yi1 = Ki1xi1

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan tekanan T1 dan P1

a Jika Xi1 = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi puncak kolom

b Jika Xi1 ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat denganpertimbangan bahwa jika dimungkinkan pertahankan air sebagai pendingin dan hindari penggunaan tekanan vakum atautekanan tinggi

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi cairan xin

3 Tentukan suhu operasi Tn dengan pertimbangan a Suhu Tn lebih tinggi dari T1

b Utilitas yang ada misalnya air (steam) dapat digunakan sebagaipemanas dengan T yang diizinkan antara 10 ndash 60oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi Pn dengan pertimbangan a Tekanan Pn harus lebih tinggi dari P1

b Steam jenuh pada tekanan rendah sampai medium dapat digunakan

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap xin yang seimbang dengan komposisi uapyin dari hub yin = Kinxin

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan Tekanan Tn dan Pn

a Jika yin = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi dasar kolom

b Jika yin ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat

K-Values for systems of light hydrocarbons LowTemperature Range

K-Values for systems of light hydrocarbons High Temperature Range

Contoh Soal 1Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mol C3 dan maksimal 1 mol C3 Hitunglah kondisioperasi puncak dan dasar menara

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

1 Tentukan komposisi hasil puncak xD atau yD dan komposisi hasildasar xW sesuai dengan spesifikasi yang direncanakan

2 Tentukan komposisi cairan xin

3 Tentukan suhu operasi Tn dengan pertimbangan a Suhu Tn lebih tinggi dari T1

b Utilitas yang ada misalnya air (steam) dapat digunakan sebagaipemanas dengan T yang diizinkan antara 10 ndash 60oC

4 Hitung atau tentukan tekanan operasi Pn dengan pertimbangan a Tekanan Pn harus lebih tinggi dari P1

b Steam jenuh pada tekanan rendah sampai medium dapat digunakan

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap xin yang seimbang dengan komposisi uapyin dari hub yin = Kinxin

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan Tekanan Tn dan Pn

a Jika yin = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi dasar kolom

b Jika yin ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat

K-Values for systems of light hydrocarbons LowTemperature Range

K-Values for systems of light hydrocarbons High Temperature Range

Contoh Soal 1Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mol C3 dan maksimal 1 mol C3 Hitunglah kondisioperasi puncak dan dasar menara

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Algoritma Penentuan Kondisi Operasi Dasar Kolom

5 Cek korelasi komposisi uap xin yang seimbang dengan komposisi uapyin dari hub yin = Kinxin

Harga konstanta keseimbangan Ki dibaca pada nomogram pada suhudan Tekanan Tn dan Pn

a Jika yin = 1 maka benar bahwa T1 dan P1 merupakan kondisioperasi dasar kolom

b Jika yin ne 1 maka T1 danatau P1 harus diralat

K-Values for systems of light hydrocarbons LowTemperature Range

K-Values for systems of light hydrocarbons High Temperature Range

Contoh Soal 1Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mol C3 dan maksimal 1 mol C3 Hitunglah kondisioperasi puncak dan dasar menara

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

K-Values for systems of light hydrocarbons LowTemperature Range

K-Values for systems of light hydrocarbons High Temperature Range

Contoh Soal 1Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mol C3 dan maksimal 1 mol C3 Hitunglah kondisioperasi puncak dan dasar menara

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Contoh Soal 1Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mol C3 dan maksimal 1 mol C3 Hitunglah kondisioperasi puncak dan dasar menara

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Contoh Soal 2Tray tower yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri dari 30 A (A =17) 50 B (B = 100) dan sisanya C (C = 050) yang dimasukkan padatitik didihnya Diharapkan hasil puncak mengandung 90 A dan sisanyaB serta 90 A dalam umpan terpisah sebagai distilat Jika diketahuitekanan uap murni B pada berbagai macam suhu adalah

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Hitunglah suhu puncak dan bawah kolom

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Tugas 1 Menara Fraksionasi yang bekerja kontinyu pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan 550 lbmoljam campuran hidrokarbon yang terdiri dari

Diharapkan hasil puncak mengandung minimal 95 mol A dan sisanya Bsedangkan hasil bawah maksimal mengandung 5 mol A Jika diketahui tekananuap murni B pada berbagai macam suhu Tentukan kondisi operasi puncak dandasar kolom

Komponen BM mol

A 32 30 175

B 46 20 100

C 60 15 050

D 74 35 020

T (oC) 60 70 80 90 100

PoB (mmHg) 340 540 810 1180 1680

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Perhitungan Jumlah Tray Plate Ideal Untuk memperoleh produk hasil pemisahan sesuai dengan spesifikasi

yang diinginkan Jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan dapatdihitung dengan

1 Cara Grafis

2 Cara ldquoShort-Cutrdquo

3 Cara Analitis

Dibandingkan dengan cara short cut perhitungan jumlah stage ideal menurut cara analitis lebih membertkan ketelitian yang tinggi

Distribusi suhu tekanan dan komposisi di setiap Tray di setiap seksi di sepanjang kolom dapat diketahui

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Metode Grafis

McCabe Thiele Ponchot - Savarit

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Cara ldquoShort-Cutrdquo Menggunakan bantuan Grafik korelasi Fenske ndash Underwood Gillliland

Pada suatu nilai absis (R-Rmin) (R+1) jumlah tray plate ideal yang dibutuhkan (N) dapat dihitung dari nilai ordinat (N-Nmin) (N + 1)

Rmin R dan Nmin ditentukan terlebih dahulu

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Perbandingan Refluk Minimal (Rmin)

Dimana

xi = fraksi mol kompenen i yang terdapat dalam distilat

i = komponen a b n

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

= Konstanta Underwood

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Menghitungo Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

o Reference umumnya terhadap komponen kunci berat

120630 =119927119946119952

119927119955119952 120630 =

119922119946

119922119955119922119946 =

119962119946

119961119946

Dimana

= Sifat penguapan relatif komponen i terhadap ldquoreferensirdquo

119875119894119900 119875119903

119900 = Tekanan uap murni komponen i r (referensi)

119870119894 119870119903 = Konstanta keseimbangan komponen i r (referensi)

119910119894 119909119894 = Komposisi fase uap cair

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Konstanta Underwood ()

Dimana

q = Sejumlah panas yang dibutuhkan untuk menguapkan satu molumpan dibagi dengan panas laten

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Menghitung q

Nilai q tergantung pada kondisi thermal umpan

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Menghitung q Jika umpan masuk kolom berupa cairan pada titik didihnya harga

konstanta Underwood

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Perbandingan Refluk (R)Ditentukan berdasarkan jenis pendingin yang digunakan

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Jumlah Stage Minimal (Nmin)

Dalam hubungan ini

XLK XHK = Fraksi mol komponen kunci ringan berat

LK ndash HK = Sifat pernguapan relatif komponen kunci ringan terhadapkunci berat pada suhu rata-rata kolom

120572119871119870minus119867119870 = 120572119901119906119899119888119886119896120572119889119886119904119886119903

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Komponen KunciKomponen Kunci adalah Komponen yang terdistribusi baik pada hasil

puncak maupun hasil dasar

Komponen Kunci Ringan (LK) adalah komponen kunci yang mempunyai titik didih rendah atau mempunyai tekanan uap murnitinggi tetapi dia ada dalam hasil dasar W

Komponen Kunci Berat (HK) adalah komponen kunci yang mempunyaititik didih tinggi atau tekanan uap murni rendah tetapi dia terdapatdalam hasil puncak D

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Komponen Kunci

Komponen Umpan Distilat Residu

A xA xA

B xB xB

C LK xC xC xC

D HK xD xD xD

E xE xE

F xF xF

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Contoh Soal 3Dari contoh 1 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan Jika umpandimasukan ke kolom dalam fase cair jenuh

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Tugas 2Dari contoh 2 hitunglah jumlah plate ideal yang dibutuhkan

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Cara Analisis

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Cara Analisis Menurut cara analitis Jumlah tray plate ideal dapat dihitung dengan

bantuan

1 Persamaan hubungan Neraca bahan

2 Persamaan hubungan Neraca panas

3 Persamaan hubungan Keseimbangan

Perhitungan dilakukan dari plate satu ke plate yang lain di setiap seksi di sepanjang kolom

Disebut PLATE TO PLATE CALCULATION

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Neraca pada PlateNeraca Bahan Total

Lnminus1 + Vn+1 = Ln + Vn (1)

Neraca Komponen Pers (1)

Lnminus1119909119899minus1 + Vn+1119910119899+1 = Ln119909119899 + Vn119910119899 (2)

Neraca Panas Pers (1)

Lnminus1HLnminus1 + Vn+1HVn+1 = LnHLn + VnHVn (3)

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Neraca pada PlateHubungan Keseimbangan

a Korelasi komposisi dalam kedua fasa seimbang

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899(4)

b Korelasi Enthalpi ndash komposisi dalam kedua fasaseimbang

HLn = xnCPA(119905119899 minus 119905119903) + 1 minus 119909119899 CPB(119905119899 minus 119905119903) (5)

HVn = ynλA + 1 minus 119910119899 λB + HLn (6)

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Neraca pada Plate UmpanNeraca Bahan Total

F + Lfminus1 + Vf+1 = Lf + Vf (7)

Neraca Komponen Pers (7)

F119909119891 + Lfminus1119909119891minus1 + Vf+1119910119891+1 = Lf119909119891 + Vf119910119891 (8)

Neraca Panas Pers (7)

FHf + Lfminus1HLfminus1 + Vf+1HVf+1 = LfHLf + VfHVf (9)

LfminusLfminus1

F= 119902 dan 119902 =

119867119881minus119867119865

119867119881minus119867119871(10)

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Neraca pada KondensorPada Kondensor Total

V1 = Lo + D (11)

y1 = Xo = XD (11)

V1HV1 = LoHL0 + DHD + (minusqc) (13)

R =L0

D(14)

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Neraca pada ReboilerPada Reboiler Parsial

Ln = VN+1 +W (15)

xn =VN+1yN+1+Wxw

VN+1+W(16)

L1HLN + 119902119903 = VN+1HVN+1 +WHW (17)

119910119873+1 =119875119900

119875119905(119909119882) atau 119910119873+1 =

120572119909119882

1+(120572minus1)119909119882(18)

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Neraca di Sekitar KolomNeraca Bahan Total

F= D +W (19)

Neraca Komponen Pers (19)

Fxf = DxD +WxW (20)

Neraca Panas pers(19)

FHf + qr = DHD + minusqc +WHw (21)

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

ALGORITMA1 Hitung L0

L0 = RD

2 Hitung V1

V1 = D(R + 1) V1 = Lo + D

3 Tentukan y1

Pada kondensor total y1 = Xo = XD

4 Gunakan hubungan keseimbangan untuk menentukan x1

119910119899 =119875119900

119875119905(119909119899) atau 119910119899 =

120572119909119899

1+(120572minus1)119909119899atau y1 = Kx1

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

ALGORITMA5 Tentukan entalpi HL0 HV1 HL1

6 Hitung L1 V2 HV2

7 Asumsikan HV2=HV1

8 Gunakan asumsi (7) untuk menghitung V2 dan L1

9 Hitung y2 gunakan neraca komponen pada plate ke 1 (satu)

10 Hitung HV2 dari hubungan Entalpi-komposisi pada suatu nilai y=y2

11 Ulangi langkah 7-10 hingga diperoleh HV2 asumsi (7) = HV2 hasilperhitungan (10)

12 Lanjutkan perhitungan untuk stage ke 2 (dua) dan seterusnya hinggaplate ke (f)

13 Lanjutkan perhitungan dari plate ke plate lain secara berturutan hinggadiperoleh komposisi cairan sama dengan komposisi hasil dasar

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penyederhanaan Perhitungan Jika suatu sistem kesimbangan memenuhi kriteria yang disyaratkan

oleh Mc Cabe Thiele

Neraca panas dapat diabaikan

Jumlah plate ideal yang dibutuhkan dapat dihitung hanya denganbantuan1 Persamaan hubungan Neraca Bahan yang dikenal sebagai Persamaan

Garis Operasi

2 Persamaan Hubungan Keseimbangan

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Persamaan Garis Operasi

119962119950 =ഥ119923

ഥ119933119961119950minus120783 minus

119934119961119960ഥ119933

119962119951+120783 =119923

119933119961119951 +

119961119915119929 + 120783

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Korelasi antar arus di sekitar Feed Plate

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Persamaan Hubungan KeseimbanganDi setiap tray di setiap seksi di sepanjang kolom pada suhu dan tekanan tertentumemenuhi persamaan

Dimana

Xin = fraksi mol komponen i dalam fasa cair yang keluar dari trayplate ke n

Yin = fraksi mol komponen i dalam fase uap yang keluar dari tray plate ke n

Pn Tn = Pasangan tekanan dan suhu yang membentuk keseimbangan pada tray ke n

Kin = Konstanta keseimbangan komponen i pada suhu dan tekanan Tn dan Pn

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Algoritma1 Tentukan komposisi hasil puncak xD dan komposisi hasil dasar xW sesuai

spesifikasi yang direncanakan

2 Hitung L V L dan V

3 Tentukan persamaan garis operasi atas dan persaman garis operasibawah

4 Tentukan komposisi uap y1

5 Tentukan suhu dan tekanan yang membentuk keseimbangan pada Tray 1 misalnya T1 dan P1

6 Hitung x1dengan bantuan persamaan y1 = K1x1

7 Hitung y2 dengan bantuan persamaan garis operasi atas

1199102 =119871

1198811199091 +

119909119863

119877+1

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Algoritma8 Tentukan suhu dan tekanan T2 dan P2 yang membentuk keseimbangan

pada Tray 2

9 Hitung x2 dengan persamaan y2 = K2x2

10 Hitung 1199103=119871

1198811199092 +

119909119863

119877+1

11 Tentukan suhu dan tekanan T3 dan P3 yang membentuk keseimbanganpada Tray 2

12 Hitung x3 dengan persamaan y3= K3x3

13 Ulangi langkah 10 ndash 12 untuk Tray ke 4 5 dan seterusnya hinggadiperoleh komposisi sama dengan komposisi umpan

14 Ulangi langkah 10 ndash 12 untukTray ke (f+1) (f+2) dan seterusnya sampaidengan tray ke N hingga diperoleh komposisi xN = xW denganmenggunakan persamaan garis operasi bawah

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Contoh Soal 4Menara fraksionasi yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakanuntuk memisahkan campuran hidrokarbon yang terdiri 50 molpentana (A) 30 mole heksana (B) dan 20 mol heptana (C) Hasilpuncak diharapkan maksimal mengandung 05 mol heksana dan hasildasar mengandung 1 mol pentana Seratus moljam umpan pada titikdidihnya dimasukan menara tepat pada plate yang mempunyai suhuyang sama dan semua heptana pada umpan terpisah menjadi hasilbawah Jika dalam operasi tersebut digunakan perbandingan refluksama dengan 4 Hitung jumlah plate idealnya

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Perhitungan Efisiensi Kolom

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Perhitungan Efisiensi Kolom Pada keadaan seimbang komposisi ringan dalam fasa uap maksimal dan komposisi

ringan dalam fasa cairan minimal

Kenyataannya sulit dicapai oleh alat kontak antar fasa jenis apapun

Komposisi uap sesungguhnya relatif lebih rendah dibandingkan komposisi idealnyajika keseimbangan benar-benar terwujud Juga sebaliknya untuk komposisicairannya

Jika x dan y adalah komposisi cairan dan uap idealnya ketika keseimbanganbenar-benar terwujud kemudian x dan y merupakan komposisi cairan dan uapaktual yang dapat dicapai maka

y ltydan x gt x

119925119938119948119957119958119938119949 =

119925119946119941119942119938119949119916119943119946119956119946119942119951119956119946

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Efisiensi MurphreeJika efisien setiap tray di sepanjang kolom tidak sama Murpheemendefinisakan efisiensi tray sebagai berikut

Tinjauan fase uap

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Tinjauan fase cair

119864119872119871 =119909119899minus1minus119909119899

119909119899minus1minus119909119899lowast

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Tinjauan fase uap Tinjauan fase cair

119864119872119881 =119861119862

119860119862 119864119872119871 =119875119876

119875119877

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Contoh Soal 5Menara Distilasi direncanakan untuk memisahkan 100 kmoljamcampuran A dan B dengan komposisi 50 A hingga diperoleh hasilpuncak dan dasar masing-masing dengan kemurnian 90 dan 10Asedangkan efisiensi Murphree pada berbagai komposisi ditunjukan padatabel

Jika sifat penguapan relatif A terhadap B adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 2dan umpan dimasukan pada titikdidihnya hitung jumlah plate aktual yang dibutuhkan

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penyelesaian1 Membuat Kurva Seimbang

Kurva seimbang dilukis dengan menggunkan persamaan

119910 =120572119909

1+ 120572minus1 119909=

4119909

1+3119909

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

2 Melukis Garis q

Persamaan garis q

119910 =119902

(119902 minus 1)119909 minus

119909119865(119902 minus 1)

Umpan dimasukan dalam cair jenuh maka q=1

119878119897119900119901119890 =119902

119902 minus 1=

1

1 minus 1= infin

Garis q dilukis dari y = x = xF = 05

ditarik lurus ke atas

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penyelesaian3 Melukis Garis Operasi

Persamaan garis operasi atas

119910 =119871

119881119909 +

119909119863

119877+1

119868119899119905119890119903119888119890119901119905 = 119910 =119909119863

119877+1=

09

2+1= 03

Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y = x = xD = 09 dengan intersep = y = 03

Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y = x = xw = 01 dengan titikpotong antara garis operasi atas dengan garis q

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penyelesaian4 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C

A (005 005) dan C (005017)

067 =119910119899minus005

017minus005

119910119899= 013

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penyelesaian

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

y 016 05 073 086 094 097

yn+1 005 024 05 07 084 09

yn 013 041 065 078 089 0935

4 Melukis kurva aktual (lanjutan)

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Contoh Soal 6Menara fraksionasi direncanakan untuk memisahkan campuran a dan bhingga diperoleh hasil puncak dan dasar seperti yang ditunjukan padatabel 1 sedangkan efisiensi Murphee pada berbagai komposisiditunjukan pada tabel 2

Jika sifat penguapan relatif a terhadap b adalah 4 dan pada operasi inidigunakan perbandingan refluk = 15 hitung jumlah plate aktual yangdibutuhkan

Arus bahan Jumlah Komposisi Kondisi

Umpan I 50 lbmoljam 05 Cair jenuh

Umpan II 100 lbmoljam 035 Uap jenuh

Distilat 090 Cair jenuh

Residu 095 Cair jenuh

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

Tabel 1

Tabel 2

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penyelesaian1 Gambar diagram x-y

1199100 =120572119909119886

1+(120572minus1)119909119887=

4119909119886

1+3119909119886

2 Melukis garis ldquoqrdquo

F1 dalam kondisi cair jenuh berarti q = 1

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

1

1minus1=

1

0= ~

Garis q untuk F1 dapat dilukis dari titik y = x = 05 dengan arah tegakluruh ke atas

x 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1

y 000 031 050 063 073 080 086 090 094 097 100

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

PenyelesaianF2 dalam kondisi uap jenuh berarti q = 0

119878119897119900119901119890 =119902

119902minus1=

0

0minus1= 0

garis q untuk F2 dapat dilukis dari titik y = x = 035 dengan arahmendatar ke kiri

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penyelesaian3 Melukis persamaan garis operasi

Persamaan garis operasi atas

119881 = 119871 + 119863

Neraca komponen

119881119910 = 119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke n

119910119899+1 =119871

119881119909119899 +

119863119909119863

119881

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

PenyelesaianPersamaan garis operasi tengah

ത119881 + 1198651 = ത119871 + 119863

ത119881119910 + 11986511199091198651 = ത119871119909 + 119863119909119863

Pada plate ke m

119910119898+1 =ത119871

ഥ119881119909119898 +

119863119909119863minus11986511198831198651ഥ119881

Persamaan garis operasi bawah

ധ119871 = ധ119881 + ന119882

ധ119871119909 = ധ119881119910 + ന119882119909119882

Plate N

119910119899 =ധ119871

ന119881119909119899 minus

119882119909119908ന119881

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penyelesaian4 Menghitung parameter neraca bahan

Neraca bahan total

1198651 + 1198652 = 119863 +119882

50 + 100 = 119863 +119882

150 = 119863 +119882 (1)

Neraca komponen a

11986511199091198651 + 11986521199091198652 = 119863119909119863 +119882119909119882

50 05 + 100 035 = 119863 09 +119882 005

60 = 119863 09 +119882 005 (2)

Eliminasi (1) dan (2) didapat

D = 6175 lbmoljam W = 8825 lbmoljam

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

PenyelesaianL = R D = 15x6175 = 92625 lbmoljam

V = L + D = 92625 + 6175 = 154375 lbmoljam

ഥLminusL

F1= q = 1

തL = F1 + L = 50 + 92625 = 142625 lbmoljam

ഥV = V = 154375 lbmoljam

F2 + നV + തL = ഥV + ധL

നLminusഥL

F2= q = 0

ധL = തL = 142625lbmol

jam

നV = നV minus F2 = 54375 lbmoljam

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penyelesaian5 Melukis garis operasi

1 Garis operasi atas dapat dilukis dari titik y=x=09 dengan a Slope = LV = 92625154375 = 06 atau

b Intersep = Τ119863 119881 119909119863 = ൗ6175154375 09 = 120782 120785120788

2 Garis operasi tengah dapat dilukis dari titik potong antara garis operasiatas dengan garis qF1 dengan a Slope = ൗഥL ഥV = ൗ142625

154375 = 0923 atau

b Titik potong garis operasi bawah dengan garis qFII

c Intersep =DxDminusF1XF1

ഥV=

6175 09 minus 50 005

154375= 020

3 Garis operasi bawah dapat dilukis dari titik y=x=005 dengan

a Slope =നL

നV=

142625

154375= 263

b Intersep =WxwനV

= minus8825

54375005 = minus0081

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penyelesaian6 Melukis kurva aktual

119864119872119881 =119910119899minus119910119899+1

119910119899lowastminus119910119899+1

Untuk xn = 005 EMV = 067

Dari titik 005 dibuat garis lurus keatas kemudian cari titik potongnyadengan garis operasi dan kurva seimbang misalkan pada titik A dan C A (005 005) dan C (005018)

067 =119910119899minus005

018minus005

119910119899= 014

Xa 005 020 040 060 080 090

EMV 067 067 067 050 050 050

119910119899 014 046 068 079 089 0935

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Korelasi Empiris Efisiensi plate dapat dinyatakan sebagai fungsi dari viskositas dan

sifat penguapan relatif suatu komponen

Korelasi ini hanya menggunakan (1) atau (2) perubah saja sehinggatidak dapat digunakan untuk sistem yang kompleks

Terbagi menjadi

1 Korelasi Drickamer dan Bradfort

2 Korelasi OrsquoConnel

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

1 Korelasi Drickamer dan BradfortPengaruh viskositas terhadap efisiensi kolom telah diteliti olehDrickamer mdash Bradfort dan korelasinya dinyatakan oleh persamaan

Eo = 17 minus 611 log μavg

Dimana

Eo = Efisiensi kolom

μavg = viskositas umpan suhu rata - rata kolom Cp

atau

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

1 Korelasi Drickamer dan BradfortDalam bentuk grafik hubungan antara μavg dengan Eo

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

2 Korelasi OConnelOConnel mempelajari pengaruh viskositas dan sifat penguapan relative komponen kunci ringan

terhadap komponen kunci berat kaitannya dengan efisiensi kolom

logEo = 167 minus 025 log μFavg120572119886119907119892 + 03 log ( Τ119871119872prime 119881119872

prime ) + 009(119878119898 + Τ119862 2)

Dimana

Sm = Static Submergence ft

119862 = Tinggi slot ft

119871119872prime = Laju alir cairan Ibmolejam

119881119872prime = Laju alir uap Ibmolejam

120572119886119907119892 = Sifat penguapan relatif Lk ndash Hk

μFavg = viskositas umpan pada suhu rata mdash rata kolom

atau

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Distilasi dengan Bubble Cap Tray

120630119938119959119944120641119938119959119944

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

2 Korelasi OConnel

Efisiensi kolom dari korelasi OrsquoConnel untuk Absorpsi dengan Bubble Cap Tray

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Contoh Soal 7Menara fraksinasi dirancang untuk memisahkan campuran hidrokarbonyang terdiri dari 50 mol C3H8 30 mole C3H6 dan 20 mole n-C4H10Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandungminimal 98 mole C3 dan maksimal 1 mole C3 Hitunglah efisiensikolom dan Jumlah plate aktual

Komponen 119927119946119952 (atm)

C3H8 1740

C3H6 2024

n-C4H10 500

Komponen Tc (oC) Pc (atm)

C3H8 914 454

C3H6

n-C4H10

9681521

420384

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

PenyelesaianDari penyelesaian contoh soal 1 diperoleh

1 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=122oF)

2 Distribusi komposisi seimbang pada puncak menara (T=160oF)

Komponen y K x = yK

C3H6 098 10 098

C3H8 002 09 0018

Komponen y K x = yK

C3H6 001 130 00130

C3H8 070 120 08400

n-C4H8 029 045 01305

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penyelesaian3 Menghitung avg

120572119901119906119899119888119886119896 =119870C3H6119870C3H8

=10

09= 111

120572119889119886119904119886119903 =119870C3H6119870C3H8

=13

12= 10833

120572119886119907119892 = 10965

4 Menghitung viscositas pada Tavg

119879119886119907119892 =122+160

2= 141119900F

Komponen Cp

C3H6 007

C3H8 008

n-C4H8 014

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

PenyelesaianKomponen xf

C3H6 030

C3H8 050

n-C4H8 020

μavg = 030 007 + 050 008 + 020 014 = 0089 Cp

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Nideal = 108 buah (dari contoh 1)

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

PenyelesaianDengan metode Drickamer dan Bradfort

μavg = 0089 Cp

Dengan menggunakan grafik korelasi Drickamer dan Bradfort E0 = 08

Naktual =Nideal

E0=

108

08= 135 buah

Dengan metode OrsquoConnel

αavgμavg = 10965 x 0089 = 00976

Dengan menggunakan grafik korelasi OrsquoConnel didapat E0 = 09

Naktual =Nideal

E0=

108

09= 120 buah

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Diameter Kolom Diameter Tray Tower ditentukan berdasarkan kecepatan linier uap V

dibawah kecepatan linier uap maksimal VF dimana banjir atauflooding tepat terjadi

Banjir atau Flooding adalah peristiwa tergenangnya tray oleh cairanyang boleh jadi disebabkan

1 Naiknya kecepatan uap sementara kecepatan cairannya tetap

2 Naiknya kecepatan cairan sementara kecepatan uapnya tetap

Banjir harus dihindari Sebab tergenangnya tray oleh cairan akanmenurunkan efisiensi pemisahaan

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Diameter KolomDalam perancangan digunakan kecepatan linier uap sebagai berikut

1 Jika umpan cenderung mudah membentuk buih Vn = 075 VF

2 yJika umpan cenderung tidak mudah membentuk buih Vn = 085 VF

Kecepatan linier uap VF dimana banjir tepat terjadi dihitung dengan persamaan

Dimana

VF = Kecepatan linier uap dimana banjir terjadi ftdt

CF = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray

120588119871= density cairan Ibcuft

120588119881 = density gas lbcuft

119881119865 = 119862119865120588119871 minus 120588119881120588119881

12

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Diameter KolomKonstanta CF dapat dihitung dengan bantuan persamaan

1 Bubble Cap Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02

2 Perforated Sieve Tray

119862119865 = 119886 log1

ൗ119871prime

119881primeൗ

120588119881120588119871

05 + 119887120590

20

02 5119860ℎ

119860119886+ 05

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Diameter KolomDimana

Lrsquo Vrsquo = Kecepatan massa cairan gas lbjam

= Tegangan permukaan cairan lbft

a b = Konstanta yang harganya tergantung pada jenis tray dan

Rentang batas harga ൗ119871prime

119881primeΤ120588119881120588119871

05

Ah = Luas lobang per tray

Aa = Luasan aktif

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Diameter Kolom

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Diameter Kolom

Diameter kolom ft Tray Spacing in

Kurang dari 4 ft 18 - 20

4 - 10 24

10 - 12 30

12 - 24 36

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Diameter KolomSecara grafis kecepatan linier uap maksimal dimana banjir tepat terjadi dapatdiperkirakan dengan menggunakan korelasi Fairs

Korelasi ini penggunaannya terbatas pada suatu sistem

1 Tegangan permukaannya 20 Dynecm

Untuk sistem dengan tegangan permukaan lain maka harga parameter Csb perlu dikoreksi dengan

Csb (Csb)=20 = (20)02

2 Perbandingan luas lobang tiap luasan aktif = 010

Untuk harga luas lobang tiap luasan aktif 008 dan 006 maka harga Csb perludikalian dengan 090 dan 080

3 Tidak atau hanya sedikit menimbulkan buih

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Diameter Kolom

FLV = (LV) (vL)05

119810119852119835

=119855 119813

Τ[120530

119855(120530

119819minus120530119855)]120782120787

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penentuan Diameter KolomPada suatu nilai absis (LV) (vL)

05 tertentu maka harga ordinat Csb dapatdibaca pada berbagai tray mdash spacing t Dari harga Csb maka kecepatan linieruap dimana-flooding terjadi dapat dihitung

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

Diameter kolom D dapat dihitung dengan persamaan

119863 =4119876

120587119907

Dimana

Q = Kecepatan volume uap ft3dt

V = Kecepatan linier uap tergantung pada sifat campuran ftdt

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Contoh Soal 8Tray Tower yang bekerja pada tekanan 1 atm direncanakan untuk memisahkan campuran60 mol benzene dan 40 mol Toluene Diharapkan hasil puncak dan dasar masing-masing mengandung 95 dan 5 mol benzene Jika umpan dimasukkan pada titikdidihnya dengan kecepatan 13100 lbjam Hitunglah diameter kolom jika tray yang dipakaiadalah sieve tray dengan spesifikasi bahwa luas downcomer (Ad) adalah 12 dari luaspenampang menara (At)

Data

Densitas cairan rata-rata = 433 lbft3

Densitas uap pada puncak dan dasar menara 0168 dan 0 182 lbft3

Viskositas cairan rata-rata = 032 cp

Perbandingan refluk = 4

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penyelesaian1 Mencari laju alir di setiap seksi

119861119872119865 = 06 78 + 04 92 = 836 119897119887119897119887119898119900119897

119865 =13100

836= 1567 119897119887119898119900119897119895119886119898

119865 = 119863 +119882

1567 = 119863 +119882 (1)

119865119883119865 = 119863119909119863 +119882119909119882

1567 06 = 119863 095 +119882(005) (2)

Dengan penyelesaian simultan antara (1) dan (2) didapat

D = 9576 lbmoljam

W = 6094 lbmoljam

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

PenyelesaianSeksi Atas

119871 = 119877119863

119871 = 4 9576 = 38304 119897119887119898119900119897119895

119881 = 119871 + 119863

119881 = 38304 + 9576 = 4788 119897119887119898119900119897119869

119861119872119863 = 095 78 + (005)(92)

119861119872119863 = 787 119897119887119897119887119898119900119897

119871 = 38304 787 = 30145 119897119887119895

119881 = (4788) 787 = 37681 119897119887119895

Seksi Bawah

Umpan pada TDnya maka q = 1

ത119871 = 119871 + 119865

ത119871 = 38304 + 1567 = 53974 119897119887119898119900119897119895

ത119881 = 119881 = 4788 119897119887119898119900119897119895

119861119872119882 = 005 78 + (095)(92)

119861119872119882 = 913 119897119887119897119887119898119900119897

ത119871 = 53974 913 = 49278 119897119887119895

ത119881 = (4788) 913 = 437145 119897119887119895

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penyelesaian2 Menentukan parameter aliran FLV

Seksi Atas

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =30145

37681

0168

433

05= 005

3 Menentukan aliran CSB

Seksi Atas

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 043

Seksi Bawah

119865119871119881 =119871

119881

120588119871

120588119881

05

119865119871119881 =49278

43714

0182

433

05= 0073

Seksi Bawah

Trial tray spacing = 24 in

Dengan menggunakan grafik didapat

119862119878119861 = 0425

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penyelesaian4 Menentukan VF dan Vn

Seksi Atas

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =043

0168

433minus0168

05 = 69 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 69 = 587 ftdetik

Seksi Bawah

119907119865 =119862119904119887

Τ[120588119907 (120588119871minus120588119907)]05

119907119865 =0425

0182

433minus0182

05 = 654 119891119905119889119890119905119894119896

Campuran cenderung tidakmembentuk buih

119881119899 = (085)119881119865

119881119899 = 085 654 = 556 ftdetik

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905

Penyelesaian5 Menghitung diameter kolom

Seksi Atas

119876 =119881

120588119881

119876 =37681 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 62 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

62

587= 120783120782 120787120788 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1056

120782120790120790= 120783120784 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120784)

314= 4 119891119905

Seksi Bawah

119876 =119881

120588119881

119876 =437145 119897119887119895119886119898

(0168 1198971198871198911199053)(3600 119889119890119905119894119896)

119876 = 667 119888119906119891119905119889119890119905119894119896

119912119938 =119928

119881119899=

667

5120787120788= 120783120783 99 1198911199052

119912119957 =119912119938

120782120790120790=

1199

120782120790120790= 12078336 1198911199052

119915119957 =4119912119957

120587=

(4)(120783120785120788)

314= 416 119891119905