Perpindahan Massa. Assignment 3_Kelas 01_Rayhan Hafidz I

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.