ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari

7/26/2019 ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari

1/14

ASSIGNMENT 3

PERPINDAHAN MASSA-01

Oleh :

Pangiastika Putri Wulandari/NPM 1306370493

Departemen Teknik Kimia

Fakultas Teknik

Universitas Indonesia

Depok, 2015


2/14

ASSIGNMENT 3

Calculate the problem in assignment 2 using batch distillation method + Hysis !

1.

Define component A and B, calculate using analyti cal method and software if the

mixtur e of them is flash vaporized

A liquid mixture containing 60 mol% pentane (A) 40 mol % heptane (B) and at 343 K

differentially distilled at 1 atm with vaporization 70% mol of the change. Compute the

distillate and residu composition!

Jawaban :

Step 1 : Menentukan basis dari Feed yang digunakan

Basis = 100 mol FeedxF= 0,6

D = 70% x 100 mol = 70 mol

W = 100 mol70 mol = 30 mol

Step 2 : Membuat Neraca mol

Neraca mol total

In Out + Generation = Accumulation

0 + 0 =

= 1Neraca mol komponen A (komponen yang paling volatil)

In Out + Generation = Accumulation0 + 0 =

= + 2

Step 3 : Menghitung nilai dari persamaan Reyleigh

Dengan mensubstitusi dari neraca mol total (persamaan 1) dan neraca mol komponen A

(persamaan 2) maka di dapatkan persamaan seperti berikut :

= = +

= + 3Persamaan diatas dapat diubah bentuknya, kemudian di integrasikan menjadi sebuah

persamaan yang disebut persamaan Reyleigh, yaitu :


3/14

dLL

= ln FW=

dxy x

fw

Dari persamaan Reyleigh diatas maka akan diperoleh persamaan yang selanjutnya akan

digunakan dalam perhitungan, yaitu :

lnFW= dxy xf

w

ln 10030 = dxy x

,w

ln 3,333 = dxy x,

w

1,20397 = dxy x,

w

Step 4 : Mencari luas di bawah kurva

Diperlukan beberapa data parameter Antoine dan titik didih masing-masing komponen

untuk menghitung tekanan uap jenuh setiap komponen :

Zat Titik Didih

pada 1 atm

Konstanta Antoine

A B C

Pentane 35,2oC 6,87632 1075,780 233,205

Heptane 98,4oC 6,89385 1264,370 216,636

Persamaan Antoine di bawah ini digunakan untuk menghitung tekanan di setiap suhunya.

= + dimana tekanan dalam satuan mmHg dan suhu dalam satuan C.

Dari data-data tersebut dapat dilakukan perhitungan selanjutnya untuk pembuatan grafik

hubunngan x dengan y*.

=

=


4/14

Komposisi akhir dapat ditentukan dengan mencari luas dibawah kurva hubungan antara x

dengan 1/(y*-x) yang nilainya harus sama dengan 1,20397. Sehingga diperlukan grafik

hubungan antaraxdengan 1/(y*-x). Data-data yang digunakan adalah sebagai berikut :

T PA (pentane) PB (heptane)Ptotal

(mmHg)x y* x 1/(y*-x)

35 733,3033447 74,00328118 760 1,04049242 1,003942858 1,0404924204 -27,360109

39 839,8951464 88,6894834 760 0,893644111 0,98758862 0,8936441106 10,6445817

43 958,2069107 105,6989737 760 0,76750139 0,967664652 0,7675013896 4,99592177

47 1089,079187 125,301762 760 0,658552713 0,943705333 0,6585527128 3,50689395

51 1233,373311 147,7865876 760 0,563947034 0,915206868 0,5639470335 2,84689538

55 1391,969526 173,4610089 760 0,481358138 0,881626131 0,4813581382 2,49832617

59 1565,765062 202,651406 760 0,408879033 0,842379612 0,4088790334 2,306802

63 1755,672182 235,7029003 760 0,344939273 0,796842483 0,3449392734 2,21286324

67 1962,616208 272,9791904 760 0,288239903 0,74434777 0,2882399027 2,19246383

71 2187,533538 314,8623086 760 0,237701997 0,684185646 0,2377019973 2,23972368

75 2431,369665 361,7523012 760 0,192425762 0,615602844 0,1924257622 2,36307693

79 2695,07722 414,066835 760 0,151657865 0,53780218 0,1516578650 2,58970535

83 2979,614018 472,2407359 760 0,114765227 0,44994221 0,1147652271 2,9834984387 3285,941159 536,7254622 760 0,081213903 0,351136984 0,0812139033 3,70475914

91 3615,021147 607,988519 760 0,050551989 0,240455934 0,0505519892 5,26582004

95 3967,816071 686,5128168 760 0,02239573 0,116923867 0,0223957304 10,5788608

98,4 4287,054705 759,3389196 760 0,000187396 0,001057076 0,0001873962 1149,84878

Selanjutnya adalah menentukan batas kanan dan batas kiri dari grafik yang dihasilkandari hubungan antaraxdengan 1/(y*-x)yang menghasilkan luas di bawah kurva sebesar

1,20397. Adapun batas kanan ditentukan berdasarkan komposisi awal zat yang paling

mudah menguap (volatile) yakni 0,6. Mencari nilai dapat dilakukan dengan cara trialand error dengan pendekatan perhitungan luas trapesium. Karena grafik yang

ditampilkan seperti berikut maka dilakukan beberapa partisi untuk mendapatkan hasil

yang lebih akurat.


5/14

Mencoba xw= 0,1

xw xF f(xw) f(xF) luas

0,4 0,6 -90,1784 12,8464 -7,7332

0,2 0,4 -14,5888 -90,1784 -10,4767

0,1 0,2 152,1754 -14,5888 6,87933

LUAS TOTAL -11,3306

Mencoba xw= 0,05

xw xF f(xw) f(xF) luas

0,4 0,6 -90,1784 12,8464 -7,7332

0,2 0,4 -14,5888 -90,1784 -10,4767

0,05 0,2 278,6479 -14,5888 19,80443

LUAS TOTAL 1,594514

y = -4123,6x3+ 7191,8x2- 3535,9x + 437,98

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90

Grafik Hubungan x dan 1/(y*-x)


6/14

Dengan menggunakan fasilitas goal seekpada Microsoft Excel, maka diperoleh nilai xW

sebesar 0,051137148, maka

xw xF f(xw) f(xF) Luas

0,4 0,6 -90,1784 12,8464 -7,7332

0,2 0,4 -14,5888 -90,1784 -10,4767

0,051137148 0,2 275,4181 -14,5888 19,4139

LUAS TOTAL 1,20398

Dengan xw yang telah diperoleh yaitu 0,051137148, maka nilai dari y*D dapat dicari

dengan menggunakan persamaan berikut :

. = . + . 1000,6=70+ 300,051137148

60 = 70+1,53411444= 0,83523

Sehingga diperoleh :

Pentane Heptane

W 0,051137 0,948863

D 0,83523 0,16477


7/14

Menggunakan Program Hysis

Setelah menginput data-data yang telah diberikan pada soal, tampilan yang dihasilkan

pada program Hysis adalah seperti berikut :


8/14

Hasil yang diperoleh pada Hysys

Perbedaan Hasil Hitung Manual (Microsoft Excel) dengan Hysys

Hitung Manual (Excel) Hysys

Pentane Heptane Pentane Heptane

W 0,051137 0,948863 0,2533 0,7467

D 0,83523 0,16477 0,7069 0,2931

Dari tabel di atas dapat dilihat perbedaan yang signifikan pada bagian W dan D antara

hasil perhitungan menggunakan Microsoft Excel dengan program Hysys. Hal ini karena

Hysys tidak dapat digunakan untuk penyelesaian perhitungan distilasi batch. Program

Hysys umumnya digunakan untuk penyelesaian suatu proses yang mengalir secara

kontinyu sehingga untuk kasus batch perhitungan sulit dilakukan.

Namun, berdasarkan hasil perhitungan maupun Hysys, jumlah distilat zat yang lebih

volatile (pentana) lebih banyak dibandingkan dengan heptana.

2. Simil ar to no.1, calculate for mixture of A, B and C components

A solution containing 35% mol methanol (A), 40% ethanol (B) and 25% mol 1-butanol

(C) differentially distilled at 1 atm with vaporization 70% mol of the change. Compute

the distillate and residu comporition.

Jawaban :


9/14

Step 1 : Menentukan basis dari Feed

Basis = 100 mol Feed

D = 70% x 100 mol = 70 mol

W = 100 mol70 mol = 30 mol

Step 2 : Menentukan Bubble Point

Data yang dibutuhkan untuk perhitungan yaitu parameter Antoine dan titik didih dari

masing-masing komponen :

Komponen Titik Didih

pada 1 atm

Konstanta Antoine

A B C

Metanol (A) 84oC 8,08097 1582,271 239,726

Etanol (B) 93oC 8,1122 1592,864 226,184

1-Butanol (C) 118oC 7,36366 1305,198 173,427

Keterangan : Tekanan dalam mmHg dan Suhu dalam oC

Untuk mencari nilai temperatur dan komposisi uap ini, kita menggunakan bantuan goal

seekpada Microsoft Excel, dan temperatur yang diperoleh adalah 77,34302 C.

KomponenPsat

(mmHg)

Ptotal

(mmHg)K atau m xF Y

Metanol 1232,155 760 1,621257 0,35 0,56744

Etanol 731,73 760 0,962803 0,40 0,385121

1-Butanol 144,178 760 0,189708 0,25 0,047427

TOTAL 0,999988

Sehingga suhu bubble point bisa dijadikan acuan untuk menentukan T operasi, dimana

harus berada di atas suhu bubble pointnya.

Step 3 : Menurunkan Persamaan untuk Batch Distilasi

= ( 1 )

1 =1 1

Persamaan tersebut disubstitusikan ke persamaan di bawah ini :


10/14

dLL

= ln FW=

dxy x

fw

Sehingga diperoleh persamaan berikut :

log() = log [1 1 ]

Step 4 : Menentukan basis perhitungan dan mencari nilai alpha

1-Butanol (komponen B) dijadikan sebagai basis karena sebaiknya basis adalah zat yang

mempunyai boiling point di tengah-tengah zat yang paling volatil dan kurang volatil.

= =

=

Maka didapatkan nilai alpha sebagai berikut, suhu yang digunakan 100 oC

Komponen Psat xF

Metanol 2651,419 1,565338 0,35

Etanol 1693,832 1 0,4

1-Butanol 389,2075 0,229779 0,25

Step 5 : Menuliskan persamaan log diferensial dan memodifikasi untuk mencari

fraksi masing-masing komponen

log= log

log= log

Dari kedua persamaan diatas kita masih belum mengethaui 3 parameternya yaitu ,, dan . Untuk itu kita memodifikasi persamaan menjadi:


11/14

= ()B

= ()

CB

Step 6 : Menebak nilai dan mencari nilai sebenarnya dengan Goal SeekUntuk mendapatkan nilai parameter diatas kita harus menebak terlebih dahulu nilai

dari

kemudian mensubstitusikannya ke dalam persamaannya.

Misalnya nilai tebakan = 0,3, maka :xAW xBW xCW Total

0,112951942 0,3 0,591512 1,004464

Nilai tebakan diakatakan benar atau tepat jika + + = 1, denganmenggunakangoal seek akan diperoleh nilai sebagai berikut :

xAW xBW xCW Total

0,111666 0,297814 0,590519231 1,00000005

= , = ,

= ,Step 7 : Menghitung nilai y*Duntuk masing-masing komponen

Menghitung yAD :

= + 1000,35=70+ 300,111666

35 = 70+ 3,34998


12/14

= , Menghitung yBD :

= + 1000,40=70+ 300,297814

40 = 70+ 8,93442= ,

Menghitung yCD :

= + 1000,25=70+ 300,590519231

25 = 70+ 17,71558

= ,

Sehingga diperoleh :

Methanol Ethanol 1-Butanol

W , , ,D

,

,

,


13/14

Menggunakan Program Hysis

Setelah menginput data-data yang telah diberikan pada soal, tampilan yang dihasilkan

pada program Hysis adalah seperti berikut :


14/14

Hasil yang diperoleh pada Hysys

Perbedaan Hasil Hitung Manual (Microsoft Excel) dengan Hysys

Hitung Manual (Excel) Hysys

Methanol Ethanol 1-Butanol Methanol Ethanol 1-ButanolW , , , 0,1304 0,2327 0,6369D , , , 0,3500 0,4000 0,2500

Dari tabel di atas dapat dilihat perbedaan yang signifikan terutama pada bagian D

antara hasil perhitungan menggunakan Microsoft Excel dengan program Hysys. Hal ini

karena Hysys tidak dapat digunakan untuk penyelesaian perhitungan distilasi batch.

Program Hysys umumnya digunakan untuk penyelesaian suatu proses yang mengalir

secara kontinyu sehingga untuk kasus batch perhitungan sulit dilakukan.

Namun, berdasarkan hasil perhitungan, jumlah distilat zat yang lebih volatile

(methanol) lebih banyak dibandingkan dengan ethanol, sedangkan berdasarkan Hysys,

jumlah distilat zat yang lebih banyak adalah ethanol.

ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari

Documents

Transcript of ASSIGNMENT 3_KELAS 01_Pangiastika Putri Wulandari