MODUL 2

DISTILASI

DISTILASI Distilasi :  Differential/Simple/Batch Distillation  Single-stage operation (Flash Vaporization)  Continuous Rectification/Multi Stages Distl. (Binary dan Multicomponent Systems) Contoh Aplikasi : - Batch : Pemisahan n-heptane - n-octane (Lihat Gambar 1B) Pemisahan Benzene, Toluene, Xylene (Lihat Gambar 1A) -Single stage : Acetone - Air, Metanol - etanol - Multi Stages : refinery, pemisahan udara (Lihat gambar 1C) Variabel penentu : Kapasitas, Kemurnian, Kontinyuitas Umpan Perbedaan Volatilitas.

Differential Distillation Vapor : 72% B 20% T 8% X Flash Vaporization 50% B 25% T 25% X Liquid : 40% B 27% T 33% X Gambar 1A Flash Vaporization Differential Distillation Distillate : 61% n-C7 39% n-C8 50% n-C7 50% n-C8 Residue : 33% n-C7 67% n-C8 Gambar 1B. Batch Distillation

Continuous Distillation/Rectification Naftha/Gasoline Middle Distillate Heavy Oil Lubricating Oil Residue tray Cair Uap Crude Distillation Unit (CDU) Crude Oil Fuel Gas Gambar 1C. Multi Stage Distillation/Crude Distillation Unit

Keberhasilan Distilasi ditentukan oleh Distribusi substansi pada fasa cair & Gas Kesetimbangan antara fasa cair & gas sangat penting Kesetimbangan yang diperlukan : Ordinary P-T-C (Binary) Dimana : kedua cairan larut pada segala perbandingan Lihat Gambar 2 tentang contoh diagram PTC untuk sistem biner Yang menjadi perhatian adalah komponen yang lebih volatile Campuran A-B : Tekanan uap murni A>B disetiap T x : mol fraksi A di fasa cair; y* : mol fraksi A di gas Diagram yang dipakai : x-y* pada P konstan Relative volatility : perbandingan antara konsentrasi A dan B pada kedua fasa a = (y*/(1-y*))/(x/(1-x)) = y*(1-x)/x(1-y*) a = separation factor; a = 1 apa artinya?

Gambar 2 Diagram PTC untuk sistem biner

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

Larutan Ideal, Hk. Raoult’s Tekanan parsial pada kesetimbangan (p*) sebanding dengan tek. uap (P) pA* = PAx dan pB* = PB(1 - x) Pt = pA* + pB* = PAx + PB(1-x) x = (Pt-PB)/(PA-PB) y* = PAx/Pt a = PA/PB y* = pA*/Pt Contoh soal penggambaran diagram kesetimbangan Titik didih (1 atm) n-heptane = 98,4oC dan n-oktana = 125,6oC. Buatlah diagram kesetimbangan x-y* pada suhu diantara kedua suhu tersebut. T,oC PAmmHg PBmmHg x y* 98,4 760 333 1,0 1,0 105 940 417 0,65 0,81 110 1050 484 0,48 0,67 115 1200 561 0,31 0,49 120 1350 650 0,16 0,28 125,6 1540 760 0,0 0,0 Gambarkan data ini

Diagram Enthalpy-Konsentrasi Enthalpy cairan dapat dihitung dari pers: HL = CL(tL – t0)MAV + HS HL =entalpi cairan, CL =kapasitas panas, tL =suhu cairan HS =panas pelarutan Enthalpy Gas dengan pers: HG =y[CLAMA(tG-t0)+  AMA]+AMA]+(1-y)[CLBMB(tG-t0)+BMB] CL=kap panas lart,CLA=kap panas cairan A murni, HS=heat of solution,tL=ttk didih, =panas laten pd. tG Entalpi cairan dan gas sebagai fungsi komposisi dapat digambarkan sebagai Diagram HXY seperti terlihat pada Gambar 5

Gambar 5 Diagram HXY untuk sistem biner

SINGLE STAGE OPERATION - FLASH VAPORIZATION Prinsip : - Sebagian cairan diuapkan - Terjadi kesetimbangan antara uap dan sisa cairan - Cairan dan uap dipisahkan Tahapan Proses : - Pemanasan umpan - Penurunan tekanan - Pemisahan cairan dan uap di separator

Gambar 6 Single Stage Flash Vaporization

F = D + W FzF = DyD + WxW FHF + Q = DHD + WHD Material Balance Secara simultan didapat : -W/D : Slope garis operasi

Contoh Soal Campuran cairan mengandung 50 mol % h-heptan (A) dan 50 mol% n-oktan pada 800F akan di flash vaporization secara kontinyu pada 1 atm dan divaporasikan sebanyak 60% dari umpan. Tentukan komposisi uap dan cairan hasilnya serta suhu separator. Basis: F=100 mol umpan zF=0,5 D=0,6x100=60 mol W= 100-60=40 mol -W/D= -40/60= - 0,667 Dengan menarik garis operasi dari titik p(perpotongan XF=0,5 dan diagonal pada kurva kesetimbangan)dengan slope –0,667 yang memotong kurva kesetimbangan di T, didapat: xW= 0,387, y*D=0,575 Perpotongan xF=0,5 dengan kurva suhu cairan didapat: T separator= 1130C (235,40C)

Sistem multikomponen untuk Flash Vaporization Bila persamaan gas ideal tidak dapat diaplikasikan, maka fugacity dipakai untuk menggantikan tekanan (uap maupun total), sehingga Hk. Raoult’s untuk larutan ideal pada T tetap : y*J = mJ xJ J = komponen m = besaran yang berubah terhadap tekanan dan suhu = PJ /Pt Hubungan antara D dan W menjadi : y*JD = mJ xJW Slope garis operasi menjadi : W/D = (mJ xJW - zJF)/(zJF - xJW) = (y*JD - zJF)/(zJF - y*JD /mJ) sehingga didapat : dimana S y*JD = 1 dan dimana S xW juga = 1

Campuran cairan mengandung 50% mol benzene (A), 25% mol Toluen Contoh Soal Campuran cairan mengandung 50% mol benzene (A), 25% mol Toluen (B) dan 25% mol Xylen (C) akan di flash vaporization pada 100oC 1 atm Hitung komposisi dan jumlah produk (gas dan cairan) Hk. Raoult’s : y* = Px/Pt = mx =====> m = P/Pt Penyelesaian dari sistem ini memerlukan besaran W/D ==> trial & error Substansi A B C PJ 1370 550 200 m 1.803 zF 0,5 0,25 y*D W/D=3 W/D= 0,75 xW Isilah !!!! Untuk F = 100 mol, W/D = ===> W = mol, D = mol Komposisi pada W adalah xW dan pada D adalah y*D

TUGAS 2 : 1. Berikan contoh pemakaian Flash Vap., Diff. Distl. Dan Cont. Distl. pada industri dengan menggambarkan flow-sheet produksi serta spesifikasi input-output untuk ketiga peralatan diatas. 2. Kerjakan contoh soal untuk pemisahan BTX menggunakan software 3. Baca teori tentang boiling point dan bubble point (halaman 361 treyball) Kerjakan soal nomer 9.3 a, b, c