BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

18
BAB II DESTILASI DENGAN SATU TAHAP KESETIMBANGAN (  SINGLE STAGE OPERATION ) 2.1 Pendahuluan Dis ti las i adal ah ope ras i ata u met ode yang diguna kan utnuk memisa hkan kompone n- komponen dari la ruta n yan g te rgantung pada di stri busi berbagai komponen-komponen tersebut antara fase cair dan fase uap (kesetimbangan), dimana seluruh komponen ada dalam kedua phase tersebut. Fase baru tersebut dihasilkan dengan penguapan atau pendinginan larutan awal. Ada dua beberpa met ode dis tilasi untuk pemisa han, yang ser ing digunak an dal am indust ri. Met ode yang per tama, ber das arkan pada pembent uka n uap dan dikondensasi tanpa diberikan kesempatan adanya kontak antar destilat dan uap yang  baru terbentuk, atau dengan kata lain tanpa adanya rekluks. Metode seperti dikenal sebagai pemisahan hanya dengan satu tahap kesetimbangan (single stage equibrilium operation). Yang termasuk dalam metode ni adalah : 1. Di st il as i kil at (  Flash distillation) & Kondensasi parsial 2. Di st il asi sederhana (Simple distillation) 3. Di sti las i uap (Steam distillation) 2.2 Dist ilas i Flas h (Ki lat) at au Pe mis ahan Kilat & Kond ensa si Pa rsia l Distilasi kilat (  flash) terdiri dari penguapan sebagian tertentu zat cair, sehingga uap yang keluar berda dalam kesetimbangan dengan zat cair yang tersisa. Uap ini lalu dipisahkan dari zat cair dan dikendensasikan. Gambar 2.1 menunjukkan peralatan sederhana yang digunakan untuk operasi pemisahan flash maupun kondensasi parsial. Per ala tan ter dir i sua tu heat exch ange r (atau kadan g- kadang ket el pi pa untuk komponen-komponen dengan titik didih tinggi) dan satu tangki pemisah (  flash drum). Pada proses flashing, suatu umpan yang volatil dialirkan melalui pemanas, kemudian dilewati ke keran penurun tekanan ( choke valve), lalu masuk ke tangki pemisah. Fase uap dan fa se cair yang me ni nggal kan tangki pemis ah di angga p berada dalam keset imbang an. Asums i ini diperlukan apabila pemis ahan flas h diangga p sebaga i suatu stage tunggal yang ideal.  Bab II. Dis tilasi dengan Sat u Tahap Keseti mbangan 1

description

ftfrdgyfhfhu

Transcript of BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 1/18

BAB II

DESTILASI DENGAN SATU TAHAP KESETIMBANGAN

( SINGLE STAGE OPERATION )

2.1 Pendahuluan

Distilasi adalah operasi atau metode yang digunakan utnuk memisahkan

komponen-komponen dari larutan yang tergantung pada distribusi berbagai

komponen-komponen tersebut antara fase cair dan fase uap (kesetimbangan), dimana

seluruh komponen ada dalam kedua phase tersebut. Fase baru tersebut dihasilkan

dengan penguapan atau pendinginan larutan awal.

Ada dua beberpa metode distilasi untuk pemisahan, yang sering digunakan

dalam industri. Metode yang pertama, berdasarkan pada pembentukan uap dan

dikondensasi tanpa diberikan kesempatan adanya kontak antar destilat dan uap yang

 baru terbentuk, atau dengan kata lain tanpa adanya rekluks. Metode seperti dikenal

sebagai pemisahan hanya dengan satu tahap kesetimbangan (single stage equibrilium

operation). Yang termasuk dalam metode ni adalah :

1. Distilasi kilat ( Flash distillation) & Kondensasi parsial

2. Distilasi sederhana (Simple distillation)

3. Distilasi uap (Steam distillation)

2.2 Distilasi Flash (Kilat) atau Pemisahan Kilat & Kondensasi Parsial

Distilasi kilat ( flash) terdiri dari penguapan sebagian tertentu zat cair, sehingga

uap yang keluar berda dalam kesetimbangan dengan zat cair yang tersisa. Uap ini lalu

dipisahkan dari zat cair dan dikendensasikan. Gambar 2.1 menunjukkan peralatan

sederhana yang digunakan untuk operasi pemisahan flash maupun kondensasi parsial.

Peralatan terdiri suatu heat exchanger  (atau kadang-kadang ketel pipa untuk 

komponen-komponen dengan titik didih tinggi) dan satu tangki pemisah ( flash drum).

Pada proses flashing, suatu umpan yang volatil dialirkan melalui pemanas, kemudian

dilewati ke keran penurun tekanan (choke valve), lalu masuk ke tangki pemisah. Fase

uap dan fase cair yang meninggalkan tangki pemisah dianggap berada dalam

kesetimbangan. Asumsi ini diperlukan apabila pemisahan flash dianggap sebagai

suatu stage tunggal yang ideal.

 Bab II. Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 1

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 2/18

Gambar 2.1 Peralatan untuk Distilasi flash dan Kondensasi parsial

Satuan yang digunakan biasanya dalam mol atau mol/jam. Fraksi mol untuk 

menyatakan konsentrasi. D adalah uap yang terbentuk  (pada flashing ) atau atau

tersisa pada (pada kondensasi parsial). W adalah cairan yang diambil atau produk 

 bawah (residu). Rasio D/F adalah fraksi dari umpan yang teruapkan pada proses

 pemisahan flashing . Untuk basis satu mol umpan yang masuk, dapat disusun neraca

massa untuk komponen i adalah :

iW iDiF  x F  D y F  D z  )/1()/( −+= (2-1)

Pada sistem dua komponen (biner) neraca massa disusun untuk komponen

yang paling volatil, dan subskrip i dapat dihilangkan.

2.2.1 Perhitungan Destilasi Flash (Kilat)

Persamaan (2-1) dapat dituliskan untuk komponen yang lebih volatil dalam

campuran biner sebagai berikut :

 F W  D z  D F  x DW  y )/()/( +−= (2-2)

atau,

)//()]//()/1[( F  D z  x F  D F  D y  F W  D +−−=  

(2-3)

 Bab II. Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 2

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 3/18

Di mana  y D dan  xW  adalah komposisi pada kesetimbangan. Pada diagram x-y

untuk campuran biner persamaan ini berupa suatu garis lurus. Garis ini disebut

sebagai garis operasi untuk pemisahan  flash. Garis operasi tersebut memiliki

kemiringan (slope) sebesar,

ψ  ψ   /)1()/)(/1( −=− F  D F  D  

(2-4)

di mana Ψ = D/F adalah fraksi umpan yang teruapkan.

 Neraca massa total dan neraca komponen diperlukan untuk menghitung

komposisi dari campuran dua fase yang terbentuk. Apabila  z i melambangkan fraksi

mol komponen i dalam arus umpan untuk campuran multi komponen. Neraca massa total :  F = D + W  (2-5)

 Neraca komponen i adalah :

  W  x D y F  z  iii +=  

(2-6)

  iii wd   f   +=

Dengan memasukkan hubungan kesetimbangan yi = K i xi dan menyusun ulang

 persamaan (4-1), untuk memperoleh xi maka,

)]/1)(/1[( W  D K W  D z  x iii ++=  

(2-7)

Persamaan (2-7) memungkinkan kita menghitung komposisi cairan residu jika suhu

flash, tekanan total, komposisi umpan, dan rasio D/W yang tertentu.

Komposisi fase uapnya adalah,

)]/1(/)/1[( D K W W  D z  y iii ++=  

(2-8)

Persamaan-persamaan tersebut dapat digunakan untuk menghitung komposisi tiap

fase, dengan syarat;

0,1=∑ i y dan 0,1=∑ i x

Untuk penyelesaian dengan grafis (sistem biner), persamaan dapat dituliskan :

 F W  D z  D F  x DW  y )/()/( +−=

 Bab II. Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 3

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 4/18

)/(/)]//()/1[( F  D z  x F  D F  D y  F W  D +−−=  

(2-9)

atau

)/1()]/()1[( ψ  ψ  ψ    F W  D z  x y +−−= , dimana Ψ = D/F 

(2-10)

Suku [- (W/D)] dengan tanda negatif menunjukkan kemiringan ( slope) dari

garis operasi untuk proses stage (tahap) tunggal. Hanya campuran biner yang dapat

ditampilkan dalam diagram x-y.

Gambar 2.2 Distilasi flash dalam plot kurva diagram x-y

Adanya slope berguna karena :

• Kondisi D/F = 0, besarnya kemiringan garis operasi adalah tak terhingga. Hal

ini menunjukkan bahwa suhu flash sama dengan suhu bubble point umpan.

Pada kondisi ini tidak akan diperoleh produk uap, namun seandainya

terbentuk uap maka komposisi uap ( yi) yang diperoleh adalah kompoisi

maksimum yang mungkin diperoleh.

• Kondisi D/F =1, suhu flash sama dengan suhu dew point umpan. Pada kondisi

ini kemiringan garis operasi adalah nol, tidak produk cair yang diperoleh (W 

 Bab II. Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 4

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 5/18

= 0) dan tidak terjadi pemisahan komponen. Komposisi kesetimbangan fase

cair ( xi) adalah yang terendah yang mungkin dicapai pada proses flash.

Contoh Soal 2.1 :

Perhitungan Distilasi Flash untuk Sistem Biner

Suatu larutan mengandung 50 %mol n-heptane(A) dan 50 %mol n-oktana(B),

 pada suhu 30 oC dilakukan pemisahan flash secara kontinyu pada tekanan 1 atm

standar. Diinginkan 60 %mol dari umpan masuk menjadi produk atas. Tentukanlahkomposisi fase uap dan liquid dan suhu kolom pemisah pada komposisi

kesetimbangan tersebut?

Penyelesaian :

Basis perhitungan :

Umpan ( F ) = 100 mol,  z  F  = 0,50

Destilat ( D) = 60 mol

Residu (W ) = 40 mol

Rasio - (W/D) = - 40/60 = - 0,667

Dari data contoh soal 1.1 dapat dibuat diagram kesetimbangan x-y untuk n-

heptana-n-oktana. Slope garis sebesar – 0,667, dapat dibuat memotong titik umpan .

Perpotongan dengan garis kesetimbangan pada titik T, diperoleh komposisi fase uap

 y D = 0,575 fraksi mol n-heptana dan fase cair  xW  = 0,387 fraksi mol n-heptana.

Para titik kesetimbangan tersebut diketahui suhunya adalah 113 oC.

 Bab II. Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 5

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 6/18

Gambar 2.3 Kurva untuk penyelesaian contoh soal 2.1

Contoh Soal 2.2 :

Perhitungan Distilasi Flash untuk Sistem Multi Komponen

Suatu campuran yang mengandung 0,40 fraksi mol metanol, 0,35 etanol dan

0,25 propanol, diuapkan secara  flash hingga 60 % mol dari umpan teruapkan.

Tentukan komposisi dari produk cair (W) dan destilat (D) yang diperoleh dan suhukesetimbangan, jika kolom dioperasikan pada 1 atm standar. Data tekanan uap dapat

dilihat pada plot grafik gambar 2.5

Gambar 2.4 Sistem pemisah flash contoh soal 2.2

 Bab II. Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 6

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 7/18

Gambar 2.5 Plot data tekanan uap beberapa komponen hidrokarbon.

Penyelesaian :

Basis perhitungan : Umapan (F) = 100 mol/jam

Asumsi campuran adalah larutan ideal.

Diketahui rasio (W/D) = 40/60 = 0,667

Sehingga persamaan (2-8) dapat digunakan untuk soal ini menjadi :)/6667,01(/6667,1 iii K  z  y +=

Perkiraan awal nilai tebakan (trial) suhu operasi  flash dengan menentukan kisaran

suhu pada tekanan 1 atm

Komponen Titik didih normal, oC

A (metanol)

B (etanol)C (n-propanol)

64,7

78,497,8

Oleh karena itu suhu flash harus berada antara kisaran 64,7 oC ≤ Tflash ≤ 97,8 oC.

Suhu flash yang benar apabila memenuhi syarat, 0,1=∑ i y

Trial 1:

Asumsi Tflash = 78 oC = 351 K 

Dari data tekanan uap Gambar 2.5 dapat dibaca tekanan uap zat murni ( P io), sehingga

dapat dihitung K i , yiD , dan xiW .

Komponen  P io, mmHg  K i = P i

o / P t   yiD  xiW 

A (metanol)B (etanol)

C (n-propanol)

1210640

320

1,5920,842

0,412

0,4700,326

0,159

0,2900,387

0,386

95,0=∑ iD y 06,1=∑ iW  x

Hasil perhitungan ∑ iW  x > 1,0. trial SALAH, oleh karena Tflash harus dinaikkan.

Trial 2 :

 Bab II. Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 7

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 8/18

Asumsi T flash = 81 oC = 354 K 

Dari data tekanan uap Gambar 2.5 dapat dibaca tekanan uap zat murni ( P io), sehingga

dapat dihitung K i , yiD , dan xiW .

Komponen  P io, mmHg  K i = P io / P t   yiD  xiW 

A (metanol)

B (etanol)

C (n-propanol)

1350

800

365

1,776

1,053

0,480

0,485

0,357

0,1744

0,273

0,387

0,386

016,1=∑ iD y 975,0=∑ iW  x

Hasil perhitungan ∑ iW  x < 1,0 trial masih SALAH, oleh karena Tflash harus lebih

rendah dari 81 oC atau 354 K.

Dengan cara interpolasi dari dua hasil di atas, dapat ditentukan Tflash yang

cukup mendekati nilai yang sebenarnya.

Gambar 2.6 Kurva interpolasi linier penyelesaian metode trial dan error.

Sebagai pembuktian dapat dilakukan perhitungan kembali dengan nilai T flash

asumsi 80,3

o

C. Dengan data tekanan uap Gambar 2.5 dapat dibaca tekanan uap zatmurni ( P i

o), sehingga dapat dihitung K i , yiD , dan xiW .

Komponen  P io, mmHg  K i = P i

o / P t   yiD  xiW 

A (metanol)

B (etanol)C (n-propanol)

1250

740340

1,684

0,9470,447

0,478

0,3460,167

0,284

0,3560,374

99,0=∑ iD y 01,1=∑ iW  x

 Bab II. Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 8

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 9/18

 Nilai ∑ iW  x sudah cukup dekat dengan 1,00 untuk perhitungan manual. Oleh

karena itu, Tflash = 80,3 oC memenuhi syarat kesetimbangan. Jadi suhu operasi kolom

 pemisah adalah 80,3 oC.

2.2.2 Perhitungan Kondensasi Parsial ( Partial Condensation)

Prinsip pemisahan secara kondensasi parsial sama dengan pemisahan  flash.

Operasi kondensasi parsial adalah kebalikan dari pemisahan flash. Metodanya adalah

melewatkan campuran uap di atas suatu permukaan yang dingin, sehingga dapat

menyebabkan terjadinya perubahan komposisi.

Ganbar 2.1 menggambarkan proses kondensasi parsial. Pada kondensasi

 parsial, umpan yang berupa uap akan didinginkan dalam heat exchanger, biasadisebut sebagai kondenser, hingga mencapai suhu dew point -nya. Dengan

 pendinginan lebih lanjut akan terjadi pengembunan. Campuran uap-cair yang

diperoleh setelah pendinginan dimasukkan ke dalam suatu tangki pemisah di mana

cairan akan terkumpul dan diambil melalui suatu saluran pengeluaran. Fase uap dan

cair yang meninggalkan tangki pemisah berada dalam kesetimbangan. Operasi

kondensasi parsial adalah suatu pemisahan stage tunggal ( single stage equibrilium).

Contoh Soal 2.3

Perhitungan Kondensasi Parsial

Suatu campuran uap yang terdiri dari metanol(A), etanol(B) dan propanol(C)

dialirkan melalui suatu kondensor seperti terlihat pada gambar di bawah,

Penyelesaian :

Basis perhitungan : F = 100 mol/jam

 Bab II. Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 9

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 10/18

Rentang suhu kondensasi akan sama dengan contoh 2.2, yaitu 64,7 oC < T <

97,8 oC. Rata-rata tengah dari rentang tersebut adalah 81 oC. Nilai ini akan diambil

sebagai trial pertama. Data tekanan uap diambil dari Gambar 2.5.

Pada soal ini, rasio W/D = 0,2/0,8 = 0,25, dan D/W = 4,0 sehingga hubungan

neraca massa, persamaan (2-7) dan (2-8) menjadi :

)]/25,01(/25,1 iii K  z  y +=

dan

)]41/(5 iii K  z  x +=

Trial 1:

Ambil Tkondensasi = 81 oC

Komponen (i)  z i  P io

, mmHg  K i = P io

 / P t   yiD  xiW 

AB

C

0,250,50

0,25

1350800

365

1,7761,053

0,480

0,2740,505

0,205

0,1540,480

0,428

98,0=∑ iD y 062,1=∑ iW  x

062,1=∑ iW  x > 1 , berarti nilai Ki terlalu kecil → Trial SALAH !!!

Trial 2 :

Ambil Tkondensasi = 85

o

CKomponen (i)  z i  P i

o, mmHg  K i = P io / P t   yiD  xiW 

A

B

C

0,25

0,50

0,25

1650

980

420

2,17

1,289

0,55

0,280

0,523

0,215

0,129

0,406

0,391

01,1=∑ iD y 926,0=∑ iW  x

926,0=∑ iW  x < 1 , berarti → Trial SALAH !!!

Trial 3 :

Ambil Tkondensasi pada suhu rata-rata = ( 81 + 85)/2 = 83 oC

Komponen (i)  z i  P io, mmHg  K i = P i

o / P t   yiD  xiW 

A

BC

0,25

0,500,25

1500

910400

1,974

1,1970,526

0,277

0,5170,212

0,140

0,4320,403

 Bab II. Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 10

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 11/18

00,1=∑ iD y 975,0=∑ iW  x

Hasil ini sudah dapat diterima, maka Tkondensasi = 83

o

C dan komposisi produk atas dan bawah adalah : yA = 0,277, yB = 517, yC = 0,212, xA = 0,140, xB = 0,432, dan xC =

0,403.

Jadi perhitungan untuk kondensasi parsial pada contoh soal 2.3 adalah sama

dengan perhitungan untuk distilasi flash pada contoh 2.2.

2.3 Distilasi Sederhana ( Differential / Simple Distillation )

Distilasi sederhana atau biasa dikenal sebagai distilasi batch adalah proses yang

digunakan untuk memisahkan campuran larutan binar ataupun multikomponen.

Contoh operasi distrilasi sederhanan adalah peralatan distilasi di laboratorium.

Larutan diisikan ke dalam labu distilasi, dipanaskan untuk menjaga cairan tetap

mendidih dan uap yang terbentuk diambil secara kontinyu dan kemudian

diembunkan.

Pembahasan distilasi sederhana untuk sistem biner dapat dijelaskan dengan

diagram kesetimbangan x-y. Apabila x dan y menyatakan komposisi komponen yang

lebih volatil dalam campuran. Seiring dengan waktu berlangsungnya distilasi, x(t) dan

 y*(t) akan semakin menurun. Perubahan ini dapat dipahami dengan melihat diagram

T-x-y seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7. Distilasi sederhana (batch) biasanya

sebagai suatu proses isobaris. Dengan semakin meningkatnya komponen yang kurang

volatil dalam ketel distilasi, suhu dalam ketel akan naik seperti terlihat pada Gambar 

2.7.

 Bab II. Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 11

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 12/18

Gambar 2.7 Diagram T-x-y untuk Distilasi Sederhana ( Batch)

Di dalam industri hasil dari suatu distilasi batch sering diambil dalam bentuk 

fraksi-fraksi yang terpisah, sehingga ketel distilasi atau kondenser totalnya seringkali

dilengkapi dengan lebih dari satu tangki pengumpul distilat. Dewasa ini banyak unit-

unit distilasi batch di industri menggunakan suhu atau indeks bias sebagai indikator 

 pemindahan fraksi dari tangki penampung satu ke tangki lainnya.

Gambar 2.8 Gambar unit Distilasi Batch dengan dua penampung

2.3.1 Persamaan Rayleigh

Persamaan ini menjelaskan hubungan antara jumlah yang terdestilasi dan yang

tertinggal di ketel. Apabila kita tinjau suatu ketel distilasi batch sederhana, pada

setiap t, mengandung sejumlah cairan L. Misalkan jumlah mol cairan dalam bejana

 pada suatu saat adalah L dengan komposisi  x dan sejumlah cairan yang diuapkan

sejumlah dL, dengan komposisi  y, maka konsentrasi yang tinggal dalam ketel

 berubah menjadi ( x – dx) dan jumlah molnya ( L – dL).

 Neraca massa untuk komponen A adalah :

Komponen A tatal = komponen A dalam cairan + komponen A dalam uap

dL ydL Ldx x x L .)(.)(. +−−=  

(2-11)

 Bab II. Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 12

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 13/18

dL ydxdLdx LdL x x L x L .. ++−−=

Karena dxdL sangat kecil sehingga dapat diabaikan, maka persamaan dapat

dituliskan menjadi :

dL ydx LdL x .0 +−−=

atau,

)( x y

dx

 L

dL

=  

(2-12)

Dengan integrasi antara kondisi umpan pada t = 0, dimana  L = F dan pada

saat t = t  , di mana dalam ketel terdapat residu sejumlah W, dengan komposisi  xW 

maka bentuk integrasi dari persamaan (2-12) adalah,

∫ ∫  −=

iW 

iW 

 z 

 x ii

i

 F 

W x y

dx

dW 

)((2-13)

Di mana F adalah jumlah mol mula-mula dari umpan,  z iF  adalah fraksi mol

komponen i dalam umpan, dan z iW  fraksi mol komponen i dalam residu pada saat t.

Integrasi persamaan (2-13) akan memberikan,

∫  −=

iW 

iW 

 z 

 x ii

i

 x y

dx

 F 

)(ln (2-14)

Persamaan (2-14) di atas dikenal dengan Persamaan Rayleigh. Karena  yi = K i xi ,

 bentuk lain dari persamaan Rayleigh adalah;

∫  −=

iW 

iW 

 z 

 x ii

i

 K  x

dx

 F 

)1(ln (2-15)

Jika hanya ada satu tangki yang digunakan sebagai penampung distilat,

komposisi rata-rata distilat dapat dihitung dari neraca massa sepanjang interval waktu

distilasi. Neraca massa untuk komponen i adalah,

 D yW  x F  z  avg iDiW iF  .)(. *+=

sehingga,

W  F 

W  x F  z  D y iW iF 

avg iD−

−=.)( *

(2-16)

 Bab II. Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 13

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 14/18

Untuk menghitung z iW  diperlukan prosedur trial dan error . Jika diagram T-x-y

tersedia untuk suatu campuran biner. Wilayah dibawah kurva )(/1 i

o

i x y − vs  xi

untuk rentang xi = z iF  hingga xi = xiW  adalah sama dengan ln (F/W). Oleh karena itu,

 jika jumlah umpan F, dan perubahan komposisi  xi =  z iF  menjadi  xi = xiW  ditentukan,

 jumlah residu yang tersisa dalam ketel (W) dapat dihitung dari hubungan ;

)(exp Area F W  −=

di mana besaran  Area menunjukkan wilayah yang terletak di bawah kurva seperti

ditunjukkan dalam Gambar 2.9.

  )/(ln)(

W  F  x y

dx Area

iW 

iW 

 z 

 x ii

i =−

= ∫ 

Gambar 2.9 Integrasi Grafis Persamaan Rayleigh

Contoh Soal 2.4

Penggunaan Persamaan Rayleigh untuk Penyelesaian Soal Distilasi Difrensial

Campuran Etanol-air yang mengandung 20% mol etanol(A) dan air(B)

diumpankan ke suatu ketel distilasi batch dan didistilasi hingga dalam residu tersisa

2% mol etanol. Berapa fraksi dari umpan yang tersisa dalam ketel? Distilasi

dijalankan pada tekanan 1 bar. Data hasil komposisi eksperimen diberikan di bawah

ini.

xA y*A xA y*A

0

 Bab II. Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 14

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 15/18

 

2.4 Distilasi Uap ( Steam Distillation)

Pada kasus dimana ingin dipisahkan komponen volatil A yang terdapat pada

suatu campuran organik biner terdiri dari komponen A dan komponen non-volatil B.

Pemisahan dapat dilakukan menggunakan distilasi uap ( steam). Komponen A dan B

tidak saling melarut, demikian juga komponen A dan B tidak larut dalam air.

Kasus-kasus seperti ini banyak ditemui, contohnya pada pengambilan hidrokarbon

ringan dari minyak-minyak berat (yang non volatil), pengambilan komponen yang

sensitif terhadap suhu (minyak atsiri, parfum, vitamin) dari campuran fase organik.

Titik didih campuran A dan B ditentukan oleh tekanan uap komponen A dankonsentrasinya, xA dalam campuran. Hubungan dengan tekanan total dengan tekanan

total adalah :

)1(.. A

o

 B A

o

 At  X  P  X  P  P  −+=  

(2-11)

Pada distilasi uap, yang melibatkan komponen volatil A dalam campuran A dan

komponen non-volatil B, tekanan total pada titik didih dihubungkan dengan tekanan

 parsial dari kedua fase cairan yang tak terlarut sebagai berikut :

 A

o

 A

o

W t  X  P  P  P  .. += (2-12)

Tekanan uap .oW  P  dano

 A P  ditentukan olah T, yaitu suhu bubble point dari operasi

distilasi uap. Untuk operasi pada tekanan konstan, dengan turunnya fraksi mol

komponen A dalam fase organik selama operasi akan menyebabkan suhu distilasi

akan naik. Suhu maksimum dari distilasi uap adalah suhu didih air pada tekanan

sistem P t . Oleh sebab itu, kisaran suhu operasi distilasi uap tergantung pada nilai  P t ,

 x A, tekanan uap.o

 P dan

o

 A

 P 

.

Contoh Soal 2.5

Pengambilan Heksana dari Campuran Minyak dengan Distilasi Uap

Suatu campuran minyak nabati nonvolatil mengandung 10% mol n-

heksana(A). Perkirakan suhu distilasi; a) saat proses distilasi dimulai dan b) saat

 Bab II. Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 15

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 16/18

fraksi mol x A = 0,01. Hitung kecepatan produksi n-heksana (kg n-heksana terambil per 

kg steam yang mengembun). P t  = 1 atm = 760 mmHg.

Penyelesaian :

Basis perhitungan : 1 kg uap air 

Persamaan tekanan uap, dengan tekanan uap dalam mmHg dan T dalam oC

adalah :

)228/(21,166896681,7log T  P o

W  +−=

)336,224/(53,117187776,6log T  P o

 A+−=

Pada awal distilasi, suhu distilasi dapat diketahui dengan menetapkan harga  x A = 0,1

sehingga

T o AT 

o At 

oW  P mmHg  P  P  P  )(1,0760).(1,0 −=−=

Dengan substitusi nilai-nilai untuk beberapa suhu, diperoleh :

T oC  90 95 93,5 93,8 93,7

 P ow

 P o A)(1,0760

o

 A P mmHg −

525,86

1415,65

618,43

633,98

1619,2

598

599,76

1555,93

604

606,5

1568,43

603,2

604,2

1564,3

603,6

Diperoleh suhu distilasi, T = 93,7 oC

Saat x A= 0,01 , suhu distilasi dapat diketahui dengan menyelesaikan persamaan,

).(01,0o

 At 

o

W  P  P  P  −= . Dengan memasukkan nilai-nilaio

 A P  dan .oW  P  secara trial

dan error, akan diperoleh nilai yang tepat pada suhu distilasi, T = 99,5 oC.

Kecepatan produksi heksana per kg steam dapat dihitung dari hubungan :

o

o

 A AW  A P  P  xnn // =

Untuk  x A= 0, 1 maka

26,0)2,604/()3,1564)(1,0(// ===o

o

 A AW  AP  P  xnn mol

heksana per mol uap air.

 Nilai rasio massa diperoleh dengan memasukkan nilai berat molekul :

kg A/kg W = W W  A AW  A BM n BM nmm // = = 0,26 (96) / 1 (18)

 Bab II. Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 16

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 17/18

= 1,387 kg heksana/kg uap air.

2.5 Penutup

Beberapa point penting yang dapat disimpulkan dari bahasan diatas antara lain :

• Pemisahan atau distilasi secara kilat (flash), kondensasi parsial, dan distilasi uap

( steam) merupakan operasi pemisahan dengan stage kestimbangan tunggal.

• Pada pemisahan  flash dan kondensasi parsial, tekanan sistem biasanya telah

tertentu (konstan). Sehingga penyelesaian soalnya biasanya memerlukan metode

trial dan error , yang mengambil asumsi operasi pada nilai T, yang dikuti

 perhitungan berulang hingga diperoleh syarat; ∑P i = P t   atau ∑ xi = 1,0.

• Komposisi fase cair dan fase uap diperoleh dari penyelesaian persamaan neraca

massa stage tunggal yang dikombinasikan dengan hubungan kesetimbangan :

 Bab II. Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 17

7/16/2019 BAB II Destilasi Satu Tahap Kesetimbanganmmm

http://slidepdf.com/reader/full/bab-ii-destilasi-satu-tahap-kesetimbanganmmm 18/18

Bab II Distilasi dengan Satu Tahap Kesetimbangan 18