DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

Assignment 5 Mutiara Primaster W.

1306405723

Perpindahan Massa 02

Problem 5b (FUG)

A mixture of feed containing 50% mol hexane (A). 30% heptane (B) and 20% mol decane (C) is to be

fractionated so that the distillate contains only 2% mole heptane and the bottom product contains only

1% mole of hexane. The column will operate at 1 atm with 60 percent vaporized feed. (a) Calculate the

minimum number of tray needed. (b) Estimate the number of ideal plates required if the reflux ratio is

1.5RDm. (c) Compare your result with Hysys program. (Boiling Point of hexane at 1 atm = 68oC.

heptane= 98oC. decane = 174

oC)

Answer

a. Calculate the minimum number of tray needed

Diketahui :

Basis dari feed = 100 mol/h feed

Heksana 50% = 50 mol/h feed

Heptana 30% = 30 mol/h feed

Dekana 20% = 20 mol/h feed

Distilat = 0,02 mol heptana

Bottom = 0,01 mol heksana

Menentukan komponen LK (light key) dan HK (heavy key)

Komponen yang menjadi LK merupakan komponen ringan yang masih memiliki

komposisi tidak terlalu kecil di bottom. Sedangkan, HK merupakan komponen berat yang

komposisinya tidak terlalu kecil di distilat. Untuk pnyelesaian soal ini, pemiihan LK dan

HK dapat dibuktikan dengan menggunakan suatu persamaan yaitu persmaan Shiras,

dengan

Kompoen light hey : heksana

Komponen heavy key : heptana

Menentukan laju alir di distilat dan di bottom

Untuk menhitung laju alir, terlebih dahulu hars menyelesaikan neraca mol total dan

neraca mol komponen. Karena HK pada soal ini adalah dekana, maka fraksi dekana di

distilat dianggap nol atau tidak terdapat lagi dekana pada produk distilat. Dengan

demikian, diketahui fraksi heksana di distilat :

Neraca mol komponen A (heksana)

( )

Sehingga, perhitungan bottom menjadi :

Menentukan komposisi di distilat

Komponen A (Heksana)

Komponen B (Heptana)

Komponen C (Dekana)

Menentukan komposisi di bottom (B)

Komponen A (Heksana)

Komponen B (Heptana)

( ) ( )

Komponen C (Dekana)

( )( )

Sehingga, jika disusun dalam bentuk table akan menjadi seperti berikut :

Komponen Feed (100 mol/h)

Distilat (50,52

mol/h) Bottom (49,48 mol/h)

xF mol xD mol xB mol

Heksana 0.5 50 0.98 49.51 0.01 0.5

Heptana 0.3 30 0.02 1.01 0.59 29.19

Dekana 0.2 20 0.00 0.00 0.4 19.79

Menentukan suhu operasi

Suhu operasi didapatkan dengan menggunakan persamaan

∑

∑

( )

Dengan f = fraksi uap di dalam feed = 0,6

xB di dalam persaaan di atas merupakan fraksi pada produk bawah (bottom).

Suhu operasi dicari dengan menggunakan goal seek dari Ms. Excel

T

Poperasi

(atm) f

99.9549599 1 0.6

Komponen A B C Psat K or M xF xFi

Heksana 6.91058 1189.64 226.28 2.4165299 2.41653 0.5 0.27028

Heptana 6.89386 1264.37 216.64 1.0456701 1.04567 0.3 0.292

Dekana 7.44 1843.12 230.22 0.0948274 0.094827 0.2 0.43774

1.00002

Jadi, suhu operasi berada pada 99,5 oC.

Menentukan suhu di distilat dan bttom

Suhu di distilat dihitung untuk memudahkan perhitungan nilai rata-rata yang akan

digunakan dalam perhitungan tray. Untuk mencari suhu di distilat juga menggunakan

goal seek, sehingga didapatkan nilai :

T

Poperasi

(atm) f

69.5525086 1 0.6

Komponen A B C Psat K or M xD xDi

Heksana 6.91058 1189.64 226.28 1.0196166

1.0196

2 0.98 0.9686

Heptana 6.89386 1264.37 216.64 0.3936824

0.3936

8 0.02 0.03144

Dekana 7.44 1843.12 230.22 0.0257508

0.0257

5 0 0

Suhu di distilat adalah 69,55 oC.

Untuk mencari suhu di produk bawah, dapat dilihat dari komposisi roduk bawah tersebut

yaitu 1% heksana 59% heptane, dan 40% dekana. Dengan menggunakan goal seek, maka

suhu di produk bawah adalah :

T

Poperasi

(atm) f

132.943631 1 0.6

Komponen A B C Psat K or M xB xBi

Heksana 6.91058 1189.64 226.28 5.2247909 5.22479 0.01 0.00283

Heptana 6.89386 1264.37 216.64 2.4903367 2.49034 0.59 0.31148

Dekana 7.44 1843.12 230.22 0.3047955 0.3048 0.4 0.68625

Suhu di produk bawah adalah 132,94 oC.

Menentukan jumlah tray minimum dengan menggunakan persamaan Fenske

Persaman Fenske memiliki bentuk

[(

) (

)]

Dimana

Sehingga,

*(

(

))+

*(

) (

)+

( )

Jadi, jumlah tray minimum yang dibutuhkan untuk melakukan distilasi pada reflux ak

terhingga (infinite reflux) adalah 9 tray. Untuk menghitung tray minimum juga dapat

menggunakan rata-rata, yakni dengan menghubungkan LK/HK dengan suhu feed,

distilat, dan produ bawah dengan menggunakan persamaan berikut :

*(

(

))+

Dimana,

√

Sehingga,

[(

) (

)]

*(

) (

)+

( )

Jadi, jumlah tray minimum yang dibutuhkan untuk melakukan distilasi pada efflux tak

terhingga (infinite reflux) adalah 9 tray.

b. Estimate the number of ideal plates required if the reflux ratio is 1.5RDm

Menghitung

merupakan akar koreksi dari persamaan Underwood yang harus diperoleh sebelum

mendapatkan nilai RDm.

∑

Tabel nilai

Komponen A B C Psat K or M alfa

Heksana 6.91058 1189.64 226.28 2.41653 2.41653 2.31099

Heptana 6.89386 1264.37 216.64 1.04567 1.04567 1

Dekana 7.44 1843.12 230.22 0.09483 0.094827 0.09069

Karena feed adalah campuran uap-cair dengan komposisi ap 0,6 maka 1 = 0,4

Perhitungan menggunakan persamaan Underwood untuk feed yaitu :

∑

∑

∑

Kemudian, dengan menggunakan goal seek pada Ms. Excel maka didapatkan nilai

yang memenuhi persamaan

∑

Untuk memilih nilai yang akan digunakan, kita telah memiliki persyaratan bahwa nilai

harus berada di antara nilai komponen light key dan nilai komponen heavy key.

Komponen xF

Heksana 0.5 2.31099 1.311586965

Heptana 0.3 1 -0.697674419

Dekana 0.2 0.09069 -0.013542794

0.600369752

Dengan menggunakan fitur goal seek pada Ms. Excel diketahui bahwa nilai yang

didapatkan adalah 1,43.

Mencari nilai RDm dari persamaan Underwood

Persamaan Underwood untuk distilat :

∑

Menghitung RD yang nilainya 1,5 RDm

Menggunakan hubungan R dengan N serta dengan Gilliland Correlation.

Gilliland Correlation

Berdasarkan grafik, untuk

= 0,232, maka diperoleh nilai

= 0,4.

Menghitung nilai N

c. Compare your result with Hysys program.

Setelah seluruh perhitungan selesai, maka kita dapat membandingkan hasil perhitungan dengan

hasil yang didapatkan dengan menggunakan program Hysys. Pertama, kita memasukkan data zat

yang digunakan, yaitu heksana, heptane, dan deana dan juga persamaan yang dipakai, yaitu

Antoine. Kemudian, ita menginput nilai fraksi uap dalam feed (0,6), tekanan feed (1 atm), laju

alir mol feed (100 mol/h), dan komposisi feed (heksana 0,5, heptane 03, dekana 02). Selanjutnya,

kita menginput zat yang merupakan komponen light keey yaitu heksana dengan komposisi 0,01 di

bottom dan komponen heavy key yaitu heptane dengan komposisi di distilat sebesar 0,02.

Selanjutnya, kita memasukkan tekanan condenser dan reboiler, dimana nilai tekanan bebas

namun tekanan reboiler > tekanan condenser, serta rasio reflux eksternal.

Hasilnya, kia akan memperoleh nilai reflux minimum, jumlah tray minimum, dan jumlah tray

ideal. Berikut adalah proses input dan output yang keluar pada Hysys.

Perbandingan hasil

Hasil Perhitungan Hasil Hysys

Minimum Ratio Reflux 1,524 1,477

Jumlah tray minimum

(termasuk reboiler)

8,154 9,255

Jumlah tray ideal ketika R =

1,5RDm (termasuk reboiler)

16,41 16,748

Dilihat dari table, diketahui bahwa hasil yang didapat dengan menggunakan program

Hysys tidak berbeda jauh dengan hasil yang didapat dari perhitungan dengan

menggunakan kalkulator dan Ms. Excel. Perbedaan yang ada dapat disebakan oleh factor

pembulatan dan juga keelitian saat perhitungan. Pada Hysys, perhitungan otomatis yang

dilakukan didasarkan pada metode Shortcut FUG (Fenske-Underwood-Gilliland), sama

seperti perhitungan yang dilakuan. Agar dapat meperoleh hasil yang akurat di Hysys, kita

harus menentukan komponen heavy key dan light key dengan tepat.