Pemisahan Distilasi Azeotrop. Heri Rustamaji. Referensi:

Transkripsi

1

2 Pemisahan Distilasi Azeotrop Heri Rustamai Referensi: 1. Seider, W.D., Seider, J.D. and Lewin, D.R., 2003, Product & Process Design Principles - Synthesis, Analysis & Evaluation, 2nd Ed. 2. Smith, R. Chemical Processes: Design and Integration, Wiley, Hoboken, 2005

3 Pendahuluan Urutan pemisahan menadi sulit dengan kehadiran azeotropes, sehingga sering melibatkan campuran senyawa organik oksigenat: Alcohols Ketones Ethers Acids Water Pada kasus ini, distillation boundaries membatasi komposisi produk kolom berada di dalam wilayah yang dibatasi Hal ini mencegah penghilangan komponen tertentu dalam konsentrasi tinggi.

4 Tuuan Mampu membuat sketch kurva residue pada diagram fasa ternary Mampu mendefinisikan kisaran komposisi produk yang mungkin menggunakan distilasi, pada komposisi umpan yang diberikan dan pada digram fasa ternary Mampu mendefinisikan PFD untuk heterogeneous azeotropic distillation system Mampu mendefinisikan PFD untuk pressure swing distillation system

5 Basics: The Lever Rule

6 Basics: Ternary Phase Diagrams 0.2 TBA 0.65 DTBP 0.2 DTBP 0.15 H2O

7 Basics: Ternary Phase Diagrams 0.2 TBA 0.2 DTBP 0.6 H2O

8 Homogeneous Azeotropes 1:4 Pada kesetimbangan: _ V _ L f f y P x f V L yp xp yp xp s s 2 2 P x P x P x P (1 x )P s s s s 2 P (P P )x s 2 s 1 s 2 1 Pada suhu tetap

9 Homogeneous Azeotropes 2:4 Contoh Diagram fasa campuran benzene-toluene pada 90 oc

10 Homogeneous Azeotropes 3:4 yp x P yp x P S Untuk campuran non-ideal, koefisien aktifitas tidak bernilai satu: P x P (1 x ) P s S 2 s 2 Jika 1 campuran memiliki minimum minimum-boiling azeotrope i Contoh Diagram fasa untuk Isopropyl ether-isopropyl alcohol

11 Homogeneous Azeotropes 4:4 yp x P yp x P S Untuk campuran non-ideal, koefisien aktifitas tidak bernilai satu P x P (1 x ) P s S 2 s 2 Jika 1 campuran memiliki maximum maximum-boiling azeotrope i Contoh Diagram fasa Acetone-Chloroform

12 VLE Based Coefficient Fugacity Model Untuk membuat model non-idealistis fasa cair pada tekanan moderat, koefisien aktivitas cairan ( γi ) harus diketahui : ( γi ) bervariasi tehadap komposisi dan suhu. Ada tiga model koefisin aktivitas yang sering digunakan. Wilson NTRL UNIQUAC

13 Wilson : Untuk sistem biner:

14 NRTL : Untuk sistem biner:

15 UNIQUAC : Untuk sistem biner:

16 Heterogeneous Azeotropes Untuk minimum-boiling azeotrope dengan deviasi yg besar dari hukum Raoult s l ( 1 ), dapat teradi phase splitting dan tebentuk minimum-boiling heterogeneous azeotrope, yang memilikii fasa uap yang setimbang dengan dua fasa cairan. i Homogeneous Azeotrope Heterogeneous Azeotrope

17 Residue Curves 1 : 3 Distillation Sederhana Neraca massa pada species : Lx ( L ) y (L L )( x x ), 1,, C 1 As L 0: Lx y dl Lx Ldx x dl dldx, 1,, C 1 Rearranging: dx dl / L x y x (1 K { T, P, x, y }) dx dt x y

18 Residue Curves 2 : 3 Residue Curves Liquid Compositions at Total Reflux dx dt x y Residue curves for zeotropic system Residue curves for Azeotropic system

19 Residue Curves 3 : 3 Residue Curves Liquid Compositions at Total Reflux Species balance on top n-1 trays: L x Dx V y n 1 n 1 n D n Approximation for liquid phase: dx x x dh n n n 1 Substituting: dx V D x y x dh L L n n n Rectifying section of distillation column n n 1 D n 1 At total reflux, D = 0 and Vn = Ln-1 dx x y dh n n n

20 Sketching Residue Curves Plot komponen murni pada titik-titik sudut sesuai Tb Plot semua titik azeotropes pada diagram sesuai titik didihnya, Tb Plot kurva residue yang menghubungkan semua azeotropes, azeotropes & vertices, dan akhirnya vertices & vertices dengan arah panah menuu kenaikan titik didih. Plot kurva residue tambahan yang melengkung menuu suhu intermediate pada arah menuu titik akhir dx dt x y

21 Product Compositions Regions Untuk sistem zeotropic L: Lowest boiling component, I: Intermediate boiling component, H: Highest boiling compoent, F: Feed composition Pure L distillate Pure H bottoms

22 Product Compositions Regions Untuk sistem azeotropic Shade Region : Feasible distillate and bottoms product compositions Two binary azeotropes Three binary azeotropes and one ternary azeotrope

23 Breaking Azeotrope Breaking Azeotrop Kita harus mengubah sesuatu untuk mengatasai azeotrope: Mengubah Tekanan (P)- Pressure Swing Opsi pertama yang perlu dipertimbangkan ketika memisahkan azeotrop suatu campuran adalah memanfaatkan perubahan komposisi azeotrop dengan tekanan. Jika komposisi azeotrop sensitif terhadap tekanan dan memungkinkan untuk mengoperasikan distilasi pada rentang tekanan tanpa teradi dekomposisi material, maka sifat ini bisa digunakan untuk melakukan pemisahan. Perubahan komposisi azeotropik minimal 5% dengan perubahan tekanan biasanya diperlukan.

24 Breaking Azeotrope Breaking Azeotrop Merubah Gamma,-Menambah Entrainer Sebuah agen pemisahan massa, yang dikenal sebagai sebuah entrainer, dapat ditambahkan ke distilasi. Pemisahan menadi mungkin karena entrainer berinteraksi lebih kuat dengan salah satu azeotrop-membentuk komponen dari yang lain. Hal ini dapat pada gilirannya mengubah volatilitas relatif antara komponen kunci dengan cara yang menguntungkan. Merubah y-memisahkan uap melewati membaran (pervoration) Jika suatu membran semipermeabel ditempatkan antara fasa uap dan cair, dapat mengubah kesetimbangan uapcair dan memungkinkan pemisahan untuk dicapai.

25 Pressure Swing Distillation

26 Pressure Swing Distillation Minimum boiling azeotrop Maximum boiling azeotrop

27 Pressure Swing Distillation Contoh: Dehidrasi Tetrahydrofuran (THF) T-x-y diagrams untuk THF dan water

28 Heterogeneous Azeotropic Dist. Contoh: Dehidrasi Ethanol Try toluene as an entrainer

29 Heterogeneous Azeotropic Dist. Contoh: Dehidrasi Ethanol D1 M2 M1 S1 S2 D2

30 Sistesis Rangkaian Pemisahan Identifikasi Azeotrop Identifikasi Alternatif Separator Pemilihan Entrainer. Ketika memisahkan campuran azeotrop, ika memungkinkan, merubah komposisi azeotrop dengan tekanan harus dimanfaatkan daripada menggunakan MSA, karena: o Pengenalan MSA dapat menimbulkan masalah baru dalam mencapai spesifikasi kemurnian produk selama proses berlangsung. o Sering sulit untuk memisahkan dan mendaur ulang MSA dengan efisiensi tinggi. Setiap material yang tidak didaur ulang bisa menadi masalah lingkungan. Sebagaimana akan dibahas kemudian, cara terbaik untuk menangani masalah limbah adalah tidak membuatnya mereka di tempat pertama. o MSA dapat menimbulkan masalah keamanan dan penyimpanan baru Identifikasi komposisi produk distilat dan bottom yang layak

31 Pemilihan Entrainer Ketika memisahkan campuran azeotrop, ika memungkinkan, merubah komposisi azeotrop dengan tekanan harus dimanfaatkan daripada menggunakan MSA, karena: Pengenalan MSA dapat menimbulkan masalah baru dalam mencapai spesifikasi kemurnian produk selama proses berlangsung. Sering sulit untuk memisahkan dan mendaur ulang MSA dengan efisiensi tinggi. Setiap material yang tidak didaur ulang bisa menadi masalah lingkungan. Sebagaimana akan dibahas kemudian, cara terbaik untuk menangani masalah limbah adalah tidak membuatnya mereka di tempat pertama. MSA dapat menimbulkan masalah keamanan dan penyimpanan baru.

32 Pemilihan Entrainer Ketika memisahkan campuran azeotrop, ika memungkinkan, merubah komposisi azeotrop dengan tekanan harus dimanfaatkan daripada menggunakan MSA, karena: Pengenalan MSA dapat menimbulkan masalah baru dalam mencapai spesifikasi kemurnian produk selama proses berlangsung. Sering sulit untuk memisahkan dan mendaur ulang MSA dengan efisiensi tinggi. Setiap material yang tidak didaur ulang bisa menadi masalah lingkungan. Sebagaimana akan dibahas kemudian, cara terbaik untuk menangani masalah limbah adalah tidak membuatnya mereka di tempat pertama. MSA dapat menimbulkan masalah keamanan dan penyimpanan baru.

33 TERIMA KASIH