perpindahan massa. assignment 3_kelas 01_rayhan hafidz i
Post on 10-Dec-2015
45 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
ASSIGNMENT 3
PERPINDAHAN MASSA
Oleh:
Rayhan Hafidz I.
1306409362
PROGRAM S1 TEKNIK KIMIA
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK, SEPTEMBER 2015
Calculate the problem in assigment 2 using batch distillation method + Hysis
Jawab:
1. Contoh soal:
A liquid mixture containing 60% mole of ethanol and 40% mole of propanol at 100oc
(373.15 K) is flash vaporized at 1 atm to vaporize 60% of the feed. Calculate the
composition of the vapor and liquid products.
Jawaban no. 1
- Basis untuk feed ditentukan:
Feed = 100 mol
D = 60% x 100 mol
= 60 mol
W = 100 mol – 60 mol
= 40 mol
xf = 0,6
- Membuat neraca mol
Neraca mol total:
Neraca mol komponen A:
- Mengintegralkan persamaan neraca mol diatas menjadi persamaan Rayleigh
Langkah selanjutnya adalah mensubtitusi persamaan neraca mol total ke dalam neraca mol
komponen A. Subtitusi tersebut menghasilkan persamaan baru, yaitu:
Persamaan hasil subtitusi tersebut diubah dan diintegral menjadi persamaan Reyleigh,
dengan bentuk:
∫
∫
∫
Persamaan Rayleigh tersebut digunakan dalam perhitungan komposisi liquid dan cair
masing-masing komponen. Sebagai langkah awal, kita memasukan dulu nilai F dan W,
sehingga persamaan Rayleigh tersebut menjadi:
∫
∫
∫
∫
- Mencari data parameter Antoine dan titik didih pada 1 atm dari setiap komponen zat
Komponen Titik Didih (1
atm)
Parameter Antoine
A B C
Ethanol 78,37 oC 8,2133 1652,05 231,48
Propanol 97 oC 7,6192 1375,14 193,01
(Pvp in mmHg, T in oC)
- Mencari grafik hubungan x dan y*
Kita harus menentukan nilai tekanan masing-masing komponen di setiap tem[eratur dengan
data diatas menggunakan rumus persamaan Antoine, yaitu:
Lalu kita dapat mencari nilai dari x dan y* pada setiap nilai temperatur (T) dengan
menggunakan rumus:
,
( Ptotal = PA* + PB* = x PA + (1 - x) PB )
Komposisi akhir dapat ditentukan dengan mencari luas dibawah kurva hubungan antara x
dengan 1/(y*-x) yang nilainya harus sama dengan 0,916. Karena itu kita memerlukan grafik
hubungan x dengan 1/(y*-x), dengan menggunakan data-data dari masing-masing
komponen yang telah diolah.
Setelah proses perhitungan didapatkan data:
T (oC)
P Ethanol
(mmHg)
P Propanol
(mmHg) x y* x 1/(y*-x)
79 780,45047 366,2048556 0,95063201 0,976212107 0,950632007 39,09288889
80 811,76096 382,1568485 0,87951474 0,939415439 0,879514742 16,69429661
81 844,11504 398,67962 0,81116221 0,900939765 0,81116221 11,13864147
82 877,5398 415,7887545 0,74544768 0,86073685 0,745447675 8,673841254
83 912,06282 433,5001085 0,68225101 0,818757601 0,682251007 7,325653419
84 947,71214 451,8298112 0,6214583 0,774952075 0,621458304 6,514922356
85 984,51628 470,7942656 0,56296154 0,72926947 0,562961537 6,012942234
86 1022,5043 490,4101492 0,50665821 0,681658133 0,506658214 5,714288353
87 1061,7056 510,6944152 0,45245107 0,632065552 0,45245107 5,567479797
88 1102,1502 531,6642925 0,40024777 0,580438362 0,400247771 5,54967932
89 1143,8686 553,3372871 0,34996064 0,526722346 0,349960639 5,657333891
90 1186,8918 575,7311822 0,30150639 0,470862433 0,301506392 5,904719977
91 1231,2511 598,8640388 0,2548059 0,412802702 0,254805903 6,329242158
92 1276,9787 622,7541962 0,20978397 0,352486381 0,209783967 7,007589937
93 1324,1068 647,4202724 0,16636909 0,289855854 0,16636909 8,09803388
94 1372,6686 672,8811644 0,12449328 0,224852659 0,124493283 9,96419109
95 1422,6974 699,1560482 0,08409188 0,157417494 0,084091876 13,63779844
96 1474,2273 726,2643794 0,04510333 0,087490218 0,045103334 23,5922038
- Membuat grafik
Dengan data-data diatas, kita dapat membuat grafik x dengan 1/(y*-x)
Gambar 1. Grafik x terhadap 1/(y*-x)
- Mencari nilai xw dengan menggunakan goal-seek
Terdapat cara lain untuk menghitung xw dengan hasil yangf lebih akurat, yaitu dengan
menggunakan goal-seek di Ms. Excel. Hasil yang didapatkan adalah:
xw xf f(xw) f(xf) Luas
0,382306 0,6 4,180556 4,233968 0,915895
xw = 0,382
- Menghitung nilai yD
Untuk menghitung yD digunakan hasil xw hasil goal-seek. Persamaan yang digunakan
adalah:
y = 77,968x3 - 11,622x2 - 45,687x + 18,989
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Grafik x terhadap 1/(y*-x)
Komponen xW yD
Ethanol 0,382 0,745
Propanol 0,618 0,255
Komposisi diatas inilah yang akan dihasilkan jika ingin menghasilkan distilat sebesar 60%,
- Membandingkannya dengan hasil perhitungan menggunakan hysys
Pada hysys, kita mengasumsikan proses Batch Distilation ini menggunakan Tank. Hasil
perhitungan dengan hysis didapatkan:.
Pada hysys didapatkan hasil:
Komponen xW yD
Ethanol 0,3448 0,6000
Propanol 0,6552 0,4000
Tabel perbandingan:
Komponen xW yD
Manual Hysys Manual Hysys
Ethanol 0,382 0,3448 0,745 0,6000
Propanol 0,618 0,6552 0,255 0,4000
Dari hsil yang didapatkan terlihat perbedaan hasil antara perhitungan biasa dengan
perhitungan hysys. Hal ini disebabkan hysys tidak dapat digunakan untuk penyelesaian
perhitungan proses distilasi batch. Hysys pada umumnya digunakan untuk penyelesaian
suatu proses yang continuous sehingga untuk kasus batch perhtungan sulit dilakukan.
Selain itu, terlihat dari hasil perhitungan hysys adalah komposisi di distilat didominasi oleh
zat ethanol dibandingkan propanol. Hal ini karena ethanol bersifat lebih volatile/mudah
menguap dibandingkan propanol.
2. Contoh soal:
A solution mixture containing 50% mole of ethanol, 20% mole of pentanol, and 30%
mole of propanol will be flashed at 1 atm and 100oC (373,15 K) to vaporize 60% of the
feed. Calculate the amount of vapor-liquid product and their composition.
- Menentukan basis untuk feed ditentukan:
Feed = 100 mol
D = 60% x 100 mol
= 60 mol
W = 100 mol – 60 mol
= 40 mol
- Mencari data parameter Antoine dan titik didih pada 1 atm dari setiap komponen zat
Komponen Titik Didih
(1 atm)
Parameter Antoine
A B C
Ethanol 78,37 oC 8,2133 1652,05 231,48
Pentanol 138 oC 7,1776 1314,56 168,16
Propanol 97 oC 7,6192 1375,14 193,01
(P in mmHg, T in oC)
Untuk mencari nilai temperatur dan komposisi uap ini dapat digunakan bantuan goal-seek di
Ms. Excel. Nilai temperatur yang didapatkan sebesar 88,97°C.
Komponen A B C P m xf y
Ethanol 8,2133 1652,05 231,48 1142,783 1,503662 0,5 0,751831
Pentanol 7,1776 1314,56 168,16 116,2127 0,152911 0,2 0,030582
Propanol 7,6192 1375,14 193,01 552,7729 0,727333 0,3 0,2182
∑ 1,000613
Nilai temperatur diatas dapat dijadikan sebagai temperatur bubble point dan dapat dijadikan
acuan dalam menentukan T operasi, yang harus berada di atas temperatur bubble pointnya.
- Menurunkan persamaan untuk perhitungan batch distillation.
Diketahui persamaan α yaitu:
(
) (
)⁄
Persamaan di atas disibutitusikan ke dalam:
∫
∫
Hasil subtitusi diatas mendapatkan persamaan:
(
) *
+
Salah satu komponen, sebagai komponen B dijadikan sebagai basis acuan.
(
) *
+
- Menentukan basis perhitungan dan membuat persamaan log diferensial untuk
mencari fraksi-fraksi setiap komponen di stream W dan D.
Propanol sebagai komponen C dijadikan sebagai basis. Kita dapat memilih basis komponen
secara bebas, tetapi akan lebih baik jika kita memilih basis berupa zat yang mempunyai titik
didih di antara zat yang paling volatile dan kurang volatile.
Rumus α yang berlaku untuk semua komponen adalah:
Persamaan log diferensial yang dipakai adalah:
Dari persamaan diatas kita masih belum mengethaui 3 parameternya yaitu , , dan
. Untuk itu kita memodifikasi persamaan menjadi:
(
)
(
)
Selanjutnya dilakukan penghitungan dengan penggunaan goal-Seek pada Ms. excel. Nilai
yang diubah adalah nilai Xcw, karena komponen C adalah basisnya. Perubahan nilai Xcw
akan pula mengubah nilai Xaw dan Xbw dan dilakukan agar tercapai persamaan bersyarat:
Didapatkan nilai α serta Xaw, Xbw, Xcw sebagai berikut:
- Menghitung nilai yD masing-masing komponen (A, B, dan C).
Komponen P (mmHg) α x f x j w
Ethanol 1142,783 2,067365 0,5 0,239813
Pentanol 116,2127 0,210236 0,2 0,42272
Propanol 552,7729 1 0,3 0,337462
∑ 0,999995
- Mengumpulkan fraksi-fraksi semua komponen di D dan W.
Ethanol Pentanol Propanol
D 0,6735 0,0515 0,275
W 0,2398 0,4227 0,3375
- Membandingkannya dengan hasil perhitungan menggunakan hysys
Pada hysys didapatkan hasil:
Komponen xW yD
Ethanol 0,2609 0,5828
Pentanol 0,4620 0,1093
Propanol 0,2771 0,3079
Tabel perbandingan:
Komponen xW yD
Manual Hysys Manual Hysys
Ethanol 0,2398 0,2609 0,6735 0,5828
Pentanol 0,4227 0,4620 0,0515 0,1093
Propanol 0,3375 0,2771 0,275 0,3079
Dari hasil yang didapatkan terlihat perbedaan hasil antara perhitungan biasa dengan
perhitungan hysys. Hal ini disebabkan hysys tidak dapat digunakan untuk penyelesaian
perhitungan proses distilasi batch. Hysys pada umumnya digunakan untuk penyelesaian
suatu proses yang continuous sehingga untuk kasus batch perhtungan sulit dilakukan.
Selain itu, terlihat dari hasil perhitungan hysys adalah komposisi di distilat didominasi oleh
zat ethanol. Hal ini karena ethanol bersifat lebih volatile/mudah menguap dibandingkan
propanol. Selanjutnya, zat kedua terbanyak di distilat adalah propanol, yang merupakan zat
yang volatilnya berada ditengah-tengah. Pentanol yang merupakan volatiltas terendah
memiliki nilai distilat terendah.
top related