Bab VI. CAMPURAN MULTI KOMPONEN Pada bab ini akan dibahas secara ringkas prinsip pemisahan multi komponen. Pembahasan pemisahan campuran multi komponen bersifat singkat karena secara prinsip atau konsep pemisahan tersebut di atas sama dengan pemisahan biner atau pseudobiner. Pemantapan materi ini akan diperoleh pada matakuliah selanjutnya, yaitu PAP, PPK, dan pada Tugas Prarancangan Pabrik Kimia. Oleh karena itu yang dituliskan pada pembahasan ini hanya berkisar pada hal-hal yang berbeda dengan pemisahan pada campuran biner. Untuk Satu Stage Seimbang Pada keseimbangan ini, persamaan-persamaan yang dapat dihitung adalah: Neraca massa total: Neraca massa komponen: Persamaan keseimbangan: Persamaan total komponen: Universitasn Gadjah Mada 1
Neraca entalpi: Pemisahan campuran biner pada Flash Equilibrium (Single State) Dalam praktek sering dijumpai pula flash tidak dengan menaikkan suhu tetapi dengan menurunkan tekanan (P 0 <P). Persamaan-persamaan yang dapat disusun adalah sebagai berikut: Neraca massa total: F = V + L Neraca massa komponen: dengan: i = 1,2,..,n-1 Keseimbangan: Y i = K i X i dengan: i =1,2,,n Neraca panas: HF + Q = VH + Lh dengan: H = f(y,t) h = f(x,t) Universitasn Gadjah Mada 2
Terdapat dua jenis perhitungan flash, yaitu: 1. Isotermal Flash (T = tetap) Data-data yang diketahui = F, Z i (i = 1, 2,... n), P, T F Yang dicari = V, F i (i = 1, 2, 3,.. n) L, X i (i = 1,2,3,. n) Penyelesaiannya adalah untuk untuk menentukan nilai (V, y i ) dan (L, y i ) Dicoba sampai didapatkan X i = 1, sehingga y i dapat ditentukan. Jika diketahui. maka didapatkan, sehingga L dapat ditentukan. Untuk mengetahui entalpi, digunakan neraca panas. Dalam praktek biasanya yang diatur adalah entalpi umpan sehingga ke dalam flash tidak ditambahkan panas. dengan: H = H i Y i ; h = h i X i Langkah pengerjaannya adalah: Universitasn Gadjah Mada 3
2. Adiabatic Flash ( Q = 0) Data-data yang diketahui = P, Q = 0, h F, z i (i = 1, 2, n), F Yang dicari = T, V, L, y i, x i (i = 1, 2,.. n) Persamaan - persamaan yang digunakan: Persamaan simultan dengan cara coba-coba. (Holland, C.D., Fundamentals and Modelling of Separation, distillation, Evaporation, and Extraction ) Distilasi Multi Komponen Distribusi komponen pada hasil atas dan bawah Key component Komponen yang didinginkan untuk dipisahkan adalah: Light Key (volatile) Heavy Key (kurang volatile) Misalnya pemisihan campuran C 1 H 4 C 2 H 6 C 3 H 8 C 4 H 10 C 5 H 12 C 6 H 14 Light Heavy C 3 95% Sebagai hasil atas C 4 95% Sebagai hasil bawah Komponen-komponen yang sangat volatile tidak terdapat dalam hasil bawah, dan yang tidak volatile tidak terdapat pada hasil atas. Komponen-komponen tersebut disebut Universitasn Gadjah Mada 4
sebagai Non Distributed Components, meskipun keadaan ini jarang terjadi. Untuk component-component yang memiliki volatilitas sedang sering disebut sebagai Distributed Components. Distribusi komponen dapat ditentukan dengan dua cara, yaitu: 1. Cara detail simultan dengan perhitungan plate to plate Urutan cara pengerjaannya sama dengan sistem biner, tetapi distribusi komposisi pada hasil atas dan bawah belum diketahui Untuk itu dicoba distribusi komposisi hasil atas (bawah) Perhitungan dimulai dari plate paling atas ke feed plate atau plate paling bawah ke feed plate. Jika komposisi pada feed plate hasil hitungan belum sama dengan komposisi feed yang ada, maka perhitungan lalu diulang dengan mencoba komposisi distilat yang baru. Atau perhitungan dapat pula dilakukan dari plate paling atas sampai plate paling bawah (plate atas feed plate plate bawah) hasil perhitungan distribusi konsentrasi pada plate bawah harus sama dengan distribusi konsentrasi hasil bawah yang ditentukan berdasarkan neraca massa sekitar kolom pemisah, bila belum coba lagi distribusi komposisi hasil atas. Contoh perhitungan: (keseimbangan) (Pada perhitungan ini juga ada dua anggapan constant molal over flow dan tidak constant molal over flow) Jika constant molal over flow: Untuk keperluan cek suhu pada saat trial, relative volatility biasanya diikutsertakan. dengan key component. Untuk component reference ditulis sebagai berikut: Universitasn Gadjah Mada 5
Jadi : harus sama dengan T I yang dicoba, bila belum cocok, coba T I yang baru (biasanya T baru = yang terhitung) Contoh unrutan pengerjaan: = x = x = x Coba T I = Bacalah tabel K = f (T < P). Dapatkan Carilah T sampal didapatkan T yang cocok. Jika T I = berarti telah didapatkan nilai untuk T I dan x 1a, x 1b dan x 1c Gunakan garis operasi (constant molal over flow) Universitasn Gadjah Mada 6
Langkah berikutnya adalah mencoba lagi untuk mencari T 2 dan seterusnya, sampai state dimana komposisi pada state tersebut sama dengan komposisi umpan. selanjutnya ganti gunakan persamaan garis operasi bawah untuk menentukan jumiah plate (N) pada bagian bawah. 2. Cara Pendekatan Salah satu cara estimasi distribusi komponen yaitu dengan menggunakan persamaan Fenske (yang berlaku untuk total reflux dan konstan). Dalam praktek sepanjang kolom berubahnya cukup kecil, sehingga dapat digunakan rata-rata. Persamaan Fenske Relative velocity diferencekan terhadap heavy key component: Merupakan persamaan garis lurus Jika data light dan heavy key diketahui, maka garis tersebut dapat digambarkan, sehingga distribusi komponen-komponen lainnya diestimasikan. Universitasn Gadjah Mada 7
Jika garis sudah dapat digambarkan, maka distribusi komponen-komponen yang lain dapat ditentukan, misalnya: Menentukan Jumlah Plate Secara Tepat (Short-Cut) Cara ini menyatakan koreksi antara jumlah plate dan reflux ratio yang dikembangkan oleh Wililand. Korelasi tersebut dinyatakan dalam bentuk grafik sebagai berikut: Dengan: S = jumlah total plate secara teoritis Sm = jumlah total plate secara teoritis minimum R = reflux ratio dalam molal ratio R m = [ ] = minimum reflux ratio dalam molal ratio Universitasn Gadjah Mada 8
Jika digunakan kondensor parsial, reboiler parsial: S N+1 Dengan: N = jumlah plate teoritis dalam menara Jika menggunakan kondensor parsial, reboiler parsial: S + N + 2 Untuk menentukan S pada besarnya R yang tertentu perlu diketahui nilai S m dan R m. Nilai S m dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan yang dikembangkan oleh Fenske, yaitu: Menentukan Nilai R m Cara memperkirakan nilai R m ada beberapa cara, salah satunya adalah persamaaan yang dikembangan oleh Underwood. Persamaan tersebut cukup sederhana tetapi berlaku untuk campuran ideal dan campuran yang mempunyai relative volatility yang konstan (relatif konstan) Nilal dapat ditentukan dengan persamaan berikut: Nilai q tergantung pada kondisi umpan. Sedangkan cara-cara lain dapat dilihat dalam pustaka. Universitasn Gadjah Mada 9