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