teori dasar + tujuan

8/18/2019 Teori Dasar + Tujuan

1/13

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Tujuan PercobaanTujuan dari percobaan ini adalah:

1. Mempelajari efek dari rasio reflux terhadap kemurnian dari produk.

2. Mendapatkan jumlah stage yang diperlukanuntuk memisahkan aseton dari

campuran aseton-air pada kondisi operasi tertentu (rasio reflux dan aktu

operasi!.

". Menentukan efisiensi tray dari alat distilasi yang digunakan.

#. Mengetahui hubungan dari jumlah produk dan laju air uap dengan rasio reflux dan

aktu operasi.

1.2. Teori Dasar

$istilasi merupakan suatu proses separasi yang sering digunakan untuk memisahkan

%at dari dua atau lebih komponen (multi komponen!. &emisahan dengan menggunakan

metode distilasi memanfaatkan perbedaan kemampuan'daya penguapan di antara komponen-

komponen tersebut khususnya untuk pemisahan komponen dengan perbedaan titik didih dan

tekanan uap yang cukup besar. )olom distilasi dapat berfungsi sebagai sarana pemisahan

karena memiliki sistem perangkat yang menunjang kerja alat ini yaitu boiler sebagai tempat

untuk menguapkan campuran cairan kolom distilasi sebagai tempat untuk

mempertemukanfasa cair dan fasa uap yang berbeda komposisinya dan kondensor yang

mengkondensasikan fasa uap.

&ada praktikum ini akan dilakukan dengan menggunakan proses batch di mana tidak

ada aliran masuk ataupun keluar dari dalam sistem selama proses berlangsung. $istilasi

dengan proses batch secara sederhana biasanya tidak akan memberikan hasil pemisahan yang

baik kecuali bila perbedaan penguapan komponen sangat tinggi. $alam banyak kasus kolom

rektifikasi dan dengan refluks digunakan untuk meningkatkan performa dari distilasi.

*ntuk membedakan secara jelas perbedaan antara proses distilasi dan proses separasi

lainnya kita dapat melihat ke beberapa contoh yang lebih spesifik. $alam proses separasi

larutan yang umum antara garam dan air larutan akan dipanaskan hingga air menguap

seluruhnya tanpa menguapkan garam karena air bersifat jauh lebih +olatil dibanding garam.

&roses ini adalah proses e+aporasi. $i sisi lain distilasi adalah proses yang memisahkan dua

%at yang sama-sama +olatil seperti amoniak dan air. $engan mengkontakkan amoniak-air dengan udara secara langsung ketika dipanaskan seperti pada proses e+aporasi amoniak akan


2/13

terpisahkan dari air karena terjadi penguapan namun amoniak kemudian akan kembali

tercampur dengan uap air dan udara sehingga tidak dapat diambil amoniak murni. $engan

mengatur perlakuan panas yang diberikan kita dapat menguapkan secara terpisah larutan

amoniak-air dan membuat fasa gas yang mengandung hanya air dan amoniak. $an karena

pada fasa gas akan lebih banyak mengandung amoniak daripada yang dikandung cairan

residu proses separasi dengan kandungan tertentu dapat kita lakukan. $engan memanipulasi

fasa atau mengulangi penguapan dan pengembunan yang dilakuakn pada proses ini maka

sangat memungkinkan untuk membuat sebuah proses separasi selengkap mungkin sesuai

yang kita harapkan mengambil komponen-komponen murni dari campuran sesuai dengan

yang kita harapkan.

$alam praktiknya distilasi dapat dilakukan dengan menggunakan dua metode.

Metode pertama didasarkan pada penghasilan uap dengan memanaskan campuran cairan

hingga terpisah kemudian mengkondensasikan uap tersebutdan tidak membiarkan adanya

cairan kondensat yang kembali ke kolom metode ini dinamakan distilasi tanpa refluks. ,ara

kedua dapat dilakukan dengan mengembalikan sebagian uap yang telah dikondensasikan

sehingga dapat melakukan kontak kembali dengan uap yang menuju kondenser atau dengan

kata lain dilakukan refluks pada distilasi ini sehingga produk yang didapatkan dapat lebih

murni. )edua metode tersebut dapat dilakukan pada proses yang kontinu ataupun batch.

)euntungan dari proses ditilasi adalah dalam proses ini perbedaan fasa baru yang

terbentuk dari asalnya bergantung dari kandungan panas yang diberikan sementara panas

dapat ditambahkan atau dikurangi sesuai kemampuan dan biaya yang kita miliki. ementara

proses absorbsi atau desorbi sangat bergantung pada larutan aalnya kita harus mengatur

larutan aal tersebut karena proses tidak akan bisa dikembalikan.

Terdapat beberapa batasan dalam distilasi sebagai sebuah proses separasi. $alam

absorbsi atau operasi serupa kita dapat memilih banyak +ariasi sol+ent sehingga

menghasilkan kemungkinan yang besar efek separasi terjadi. ebagai contoh karena aior

tidak berfungsi dalam mengabsorbsi gas hidrokarbon dari sebuah campuran gas kita dapat

memilih minyak hidrokarbon yang memiliki solubilitas tinggi. Tapi pada distilasi tidak ada

pilihan seperti itu. as yang bisa dibentuk dari cairan yang akan didistilasi dengan perlakuan

panas pasti hanyalah gas yang terkandung pada cairan tersebut. )arena gas secara kimiai

mirip dengan cairan perubahan komposisi yang dihasilkan dari distribusi komponen antara

dua fasa tidaklah sangat besarr. $alam beberapa kasus perubahan komposisi sangat kecil

sehingga proses tidak dapat dipraktikkan hal tersebut dapat terjadi karena tidak ada

perubahan komposisi apa pun.


3/13

1.2.1. Kesetimbangan Uap-air

)eberhasilan proses distilasi sangat bergantung pada pemahaman terhadap adanya

kesetimbangan antara fasa uap dan cairan dari campuran yang terbentuk.

1.2.1.1. Diagram !asa Te"anan-#u$u-Konsenterasi

)omponen cairan yang terlarut dalam seluruh proporsi larutan homogen yang tidak

ideal dan bukan komplikasi dari titik didih maksumum atau minimum yang terjadi. $engan

anggapan komponen / dari campuran biner /-0 sebagai yang lebih +olatil tekanan uap dari

komponen murni / pada setiap temperatur akan menjadi lebih tinggi dari teknan uap

komponen 0. )esetimbangan uap-cair dari senyaa murni dari campuran tersebut tentunya

merupakan hubungan antara tekanan uap dan suhu. *ntuk campuran biner konsenterasi harus

dipertimbangkan dengan baik. raksi mol adalah konsenterasi yang paling cocok untuk

digunakan dengan x sebagai fraksi mol dari komponen / dan y* sebagai kesetimbangan

sesuai fraksi mol / dalam uap.

1.2.1.2. Kesetimbangan Te"anan Konstan

impangan antara permukaan ganda pada ambar 1.1 dengan tekanan konstan

menghasilkan sebuah lengkungan kur+a tanpa memperluas titik didih maksimum atau

minimum dari senyaa murni 0 terhadap senyaa murni / pada teknanan tertentu. )ur+a

bagian atas memperlihatkan hubungan temperatur dan komposisi uap (t-y*) bagian baah

memperlihatkan hubungan suhu dan komposisi cairan (t-x).

%ambar 1. 1 )esetimbangan *ap-,air 0iner


4/13

%ambar 1. 2 )esetimbangan Tekanan *ap-,air )onstan

ubungan besaran dari kesetimbanhan fasa pada grafik adalah Moles of D

Moles of F =

line EF

line DE

1.2.1.&. 'o(ati(itas )e(ati*

emakin besar jarak antara kur+a kesetimbangan dan garis diagonal dari gambar 1.2

semakin besar pula perbedaan komposisi uap dan cair dan semakin mudah pula proses

distilasi dilakukan. alah satu pengukuran numeriknya disebut faktor separasi atau +olatilitas

relatif 3. &erbandingan ini berasal dari perbandingan konsenterasi / dan 0 dalam satu fasa ke

fasa lainnya dan pengukurnnya dilakukan pada kemampuan pemisahan

1− y∗¿¿

x ¿ y∗¿

1− y∗¿ x

1− x

= y∗(1− x )

¿

¿α =¿

4ilai dari 3 akan berubah sesuai +ariasi x dari 5 hingga 1. 6ika y* = x (kecuali x=0

atau 1! jika 3 7 1 dan tidak ada pemisahan yang mungkin terjadi. emakin besar 3 semakin

besar pula derajat pemisahannya.


5/13

1.2.1.+. Kesetimbangan #u$u Konstan

%ambar 1. & rafik )esetimbangan Temperatur )onstan *ap-,air

8 adalah kesetimbangan uap yang bergantung pada T. 6ika tekanan berkurang pada

temperatur konstan uap pertama yang terbentuk pada * penguapan sempurna terlihat pada

pengurangan tekanan yang lebih jauh akan menghasilkan uap leat jenuh pada 9.

1.2.1.,. Hu"um Larutan ea( )aou(t

$alam menghitung kesetimbangan dari campuran uap dan cairan ideal kita

menggunakan tekanan p* sebagai satuan pada suhu yang sebanding dengan produk daritekanan uap p saat kemurnian pada suhu ini dan fraksi mol dalam cairan.

p A¿ = p A X pB

¿= pB(1− x)

6ika fasa uap juga ideal maka

pt = p A¿ + pB

¿= p A X + pB(1− x )

Total dari tekanan parsial adalah linear dalam x pada suhu tetap. ubungannya

dijelaskan pada gambar 1.#.


6/13

%ambar 1. + arutan ;deal

6arak antara dan


7/13

%ambar 1. , $istilasi $iferensial 0atch

ecara umum sebuah kolom distilasi terdiri dari :

Vessel atau kolom itu sendiri dimana pada kolom ini lah terjadi pemisahan aliran

yang terjadi didalamnya secara countercurrent uap yang berasal dari reboiler naik

kebagian atas kolom sedangkan li>uid yang disupplai dari reflux turun kebaah.

$idalam kolom terdapat plate atau piring (disebut juga dengan stage! pada plate ini lah

terjadi proses pemisahan yang efektif.

Condenser berfungsi untuk mengkondensasikan uap (8?! yang berasal dari kolom

condenser dapat mengkondensasikan seluruh uap yang berasal dari kolom (disebut juga

dengan total kondenser tidak dihitung sebagai 1 stage! atau dapat pula

mengkondensasikan sebagaian uap (partial kondenser dihitung sebagai 1 stage!

Accumulator berfungsi sebagai penyedia reflux (9! Reboiler menguapkan kembali li>uid yang berasal dari kolom distilasi (@! dan

(umumnya dihitung sebagai 1 stage!


8/13

%ambar 1. / kema )olom $istilasi

1.2.2.1. ampuran Biner

*ap yang terbentuk dari distilasi diferensial adalah selalu setimbang dengan cairan

yang terus berubah komposisinya. &endekatan matematik yang digunakan adalah diferensial.

)ita misalkjan baha setiap aktu selama distilasi terjadi terdapat L mol cairan yang

memiliki komposisi x sebagai fraksi mol / dan baha d mol dari distilat teruapjkan dari

fraksi mol mol dari distilat teruapjkan dari fraksi mol y* dalam kesetimbangan dengan

cairan. Maka kita akan memiliki kesetimbangan massa seperti berikut :

Tabe( 1. 1 4eraca Massa

(umber: Treybal 1AB1!

$ua persamaan terakhir menjadi : y

¿dL= Ldx+ xdL

∫W

F dL

L =ln ( F W )=∫ xW

xF dx

y∗− x

&ersamaan gabungan komposisi distilat y$ a+ dapat ditentukan dengan langkah

sederhana dari kesetimbangan massa

F xF = D y D ,av+W xW


9/13

1.2.2.2. Konensasi Di*erensia(

Cperasi ini serupa di mana umpan uap secara perlahan terembunkan di baah kondisi

setimbang dan kondensat diambil secara cepat. asil kondensasi dapat diperkirakan dengan

penurunan seperti berikut:

dy

y− x∗¿

ln( F D )=∫ yF

yD

¿

$i mana adalah mol uap umpan dari komposisi y dan $ adalah residu uap dari

komposisi y !

1.2.2.&. 'o(ati(itas )e(ati* Konstan

F

W =¿

1

α −1 ln

x F (1− xW ) xW (1− x F )

+ ln (1− xW )(1− x F )

ln ¿

*ntuk menjadikan persamaan tersebut sebagai grafik maka kita jadikan persamaannya

sebagai:

log F x F

W xW =α log

F (1− x F )W (1− xW )

1.2.&. 0etoe 0cabe-T$ie(e

alah satu metode yang sering digunakan dalam menghitung jumlah stage ideal untuk

distilasi dua komponen (binary distillation! adalah dengan menggunakan metode

"cCabe-

#$iele,

disamping itu terdapat metode lain yaitu metode &onchon-a+arit. 0ila dibandingkandengan metode &onchon-a+arit maka metode Mc,abeDThiele lebih mudah digunakan

karena dengan metode Mc,abe-Thiele ini kita tidak memerlukan perhitungan eat 0alance

(necara panas! untuk menentukan jumlah stage yang dibutuhkan. Metode Mc,abe-Thiele ini

mengasumsikan baha laju alir molar baik li>uid maupun +apour atau '8 konstant atau

dikenal juga dengan istilah Constant "olar %&er'lo (C"%) namun pada keadaan

sebenarnya keadaan ,MC tidaklah konstan.

$alam perhitungan t$eoritical stae ada beberapa tahap yang harus dilakukan yaitu :


10/13

1. &embuatan kur+a kesetimbangan uap cair (biasanya untuk senyaa atau komponen

yang lebih ringan!

2. Membuat garis operasi baik seksi recti'yin (enric$in) maupun strippin

". Membuat garis umpan' 'eed (-line), -line ini akan menunjukkan kualitas dari umpan

itu sendiri apakah dalam keadaan uap jenuh li>uid jenuh dan lainDlain#. Membuat atau menarik garis stae yang memotong kur+a kesetimbangan yang

memotong kur+a kesetimbangan xy garis operasi recti'yin dan strippin yang diaali

dari E$ dan berakhir pada E0.

%ambar 1. rafik Mc,abe-Thiele

1.2.&.1. 0embuat "ura Kesetimbangan

$alam membuat kur+a kesetimbangan xy umumnya kur+a dibuat untuk komponen

yang lebih ringan misalkan pemisahan komponen ben%ene-toluene maka kur+a yang dibuat

kesetimbangan xy adalah untuk komponen ben%ene. jika dalam soal telah tersedia data

kesetimbangan xy maka data tersebut dapat langsung digunakan namun jika tidak data

tersebut harus dibuat terlebih dahulu terdapat beberapa cara dalam membuat kur+a

kesetimbangan ini:

$engan menggunakan persamaan +olatilitas relatif: y A=

αx A

1+(α −1 ) x A

6ika diketahui tekanan operasi kolom maka kur+a kesetimbangan dapat dibuat

dengan persamaan:

y A= p

Sat

p x A


11/13

1.2.&.2. 0embuat %aris 3persi )ecti*4ing

aris operasi rectifying dapat dijabarkan dengan:

yn+1= Ln

V n+1 x n+

D

V n−1 x D

$imana :

n 7 laju alir molar li>uid stage ke n

8nF1 7 laju alir molar uap stage ke nF1

xn 7 fraksi li>uid ke nF1 komponen ringan

x$ 7 fraksi destilat komponen ringan

$ 7 laju alir molar destilat

aris operasi rectifying dimulai dari titik (x$y$! atau (x$ x$! &enomoran stage

umumnya dimulai dari atas lalu diteruskan ke baah hingga berakhir pada reboiler sebagai

stage terakhir. garis operasi rectifying juga dapat dijabarkan dalam persamaan lain yaitu :

yn+1= R

R−1 x n+

x D

RV

$imana :

9 7 rasio refluks

9asio refluks didefenisikan sebagai :

R= L’

D

&ada persamaan diatas (persamaan kedua! perpotongan garis tersebut terhadap sumbu

y adalah pada titik (5! seperti pada gambar dibaah ini :

%ambar 1. 5 aris Cperasi 9ectifying


12/13

1.2.&.&. %aris operasi stripping

aris operasi stripping dapat di jabarkan dengan :

yn+1= Lm

V m+1 x M +

B

V m+1 x R

$imana:

m 7 laju alir molar li>uid stage ke m

8mF1 7 laju alir molar uap stage ke mF1

xm 7 fraksi li>uid ke nF1 komponen ringan

x0 7 fraksi bottom produk komponen ringan

0 7 laju alir molar bottom produk

6ika slope m'8m diketahui maka garis operasi stripping dapat dibuat tetapi biasanya

mudah membuat garis operasi stripping setelah garis umpan (>-line! diketahui.

%ambar 1. 6 aris Cperasi tripping

1.2.&.+. %aris umpan 78-(ine9

eed yang masuk ke kolom distilasi dapat dalam berbagai kondisi antara lain :

eed pada kondisi dinin > G 1 eed pada kondisi titi+ elembun, saturated liuid > 7 1 eed pada kondisi campuran uap cair 5 H > H 1 eed pada kondisi titi+ embun, saturated &apour > 7 5 eed pada kondisi uap panas lanut, saturated &apour > H 5

*ntuk lebih jelasnya lihat gambar di baah ini :


13/13

%ambar 1. 1: aris *mpan (>-line!

aris umpan menunjukkan IkualitasI dari umpan tersebut jika telah terbiasa dengan

penggunaan istilah Ikualitas uapI maka sebaiknya lebih di perhatikan lagi mengingat pada

pembahasan di termodinamika jika suatu komponen tunggal atau campuran pada keadaan

titik didih (saturated li>uid! maka nilai kualitasnya adalah 5 sedangkan pada distilasi >-line

sama dengan 1.

aris umpan dapat dijabarkan dengan :

yq=( q

q−1) xq+

x F

q−1

$imana :

> 7 nilai kualitas umpan

x 7 fraksi umpan atau feed komponen ringan

*mumnya lebih mudah menggambarkan garis umpan ini dengan menggunakan slope

yaitu: >'(>-1! untuk > 7 1 maka nilai slope akan menjadi tidak terhingga. aris umpan ini

beraal dari titik (xy! dan berakhir pada perpotongan dengan garis operasi rectifying

sehingga dengan demikian alternatif lainnya untuk membuat garis umpan dapat dibuat yaitu

dengan menentukan titik perpotongan antara garis umpan dan garis operasi rectiying adapun

titik perpotongan antara kedua garis tersebut adalah titik (EpotJpot!.

etelah semua grafik dan garis tersebut dibuat kemudian jumlah theoritical stage

yang dibutuhkan dapat dibuat yaitu dimulai dari E$ dan berakhir pada E$.

teori dasar + tujuan

Documents