METODE PONCHON-SAVARIT
Metode yang memperhitungkan neraca enthalpi dalam sebuah kolom distilasi Diperlukan grafik enthalpy-konsentrasi
Data Entha Enth alp lpy-Kons y-Konse ent ntrasi rasi h = x A C pA (T − To ) + (1 − x A )C pB (T − To ) + ΔH S Enthalpy liquid jenuh
Enthalpy uap jenuh H = y A C pA (T − To ) + λ A + (1 − y A )C pB (T − To ) + λ B Dimana x, y = fraksi massa atau fraksi mol komponen T = titik didih larutan pada konsentrasi tersebut, K To = suhu reference, K Cp = panas jenis larutan murni, kJ/kg K atau kJ/kmol K ΔHS = panas pelarutan, kJ/kg atau kJ/kmol λ = panas penguapan komponen,kJ/kg atau kJ/kmol
Penentuan jumlah plate Net Flow massa Bagian Stripping
Bagian Rectifying
L a − Va = L n − Vn +1 = Δ
L b − V b = L m − Vm +1 = Δ
Va = L a + D
L b − V b = B
L a − Va = − D
Δ=B
Δ = −D Overall
F=D+B
F = −Δ + Δ
Di dalam diagram enthalpi-konsentrasi, feed terletak dalam satu garis lurus antara
− Δ dan Δ Net Flow Enthalpi Bagian Rectifying
Δh Δ = L a h a − Va H a Va H a = L a h a + D h D + (− q c ) dimana Q c
Va H a = L a h a + D (h D − q c / D ) Va H a = L a h a + D (h D − Q c )
= qc / D
Panas yang dilepas di kondensor per unit massa distilat
Va ｙa
Heat out, -qC Reflux Va xa
n F xF
m
Ln xn
Vn+1
Lm xm
Vm+1
Overhead product D, xD
ｙn+1
ｙm+1
m+1
Vb ｙb
Lb xb
Heat in, qr Bottom product B, xB
lanjutan hΔ =
Hubungan dengan Reflux Ratio
− D(h D − Q C ) = h D − QC Δ
La D
h Δ = net flow panas/net flow massa Neraca komponen
Δx Δ = L a x a − Va y a = −Dx D xΔ =
− Dx D = xD Δ
h Δ − Ha Ha − h a
h Δ = R (H a − h a ) + H a
Bagian stripping
h Δ = h B − Q R xΔ = xB V b
Letak titik dapat ditetapkan pada diagram enthalpi-konsentrasi bila jumlah dan konsentrasi distilat serta beban kondensor diketahui
= R =
B
=
h b − h Δ H b − h B
Aliran net flow massa / enthalpi positif (+) bila arahnya ke bawah
Bagian rectifyi ng: ke atas karena harganya negatif ( - D) Bagian stripping: ke bawah, harganya positif (B)
Langkah-langkah penentuan plate ideal Bila diketahui kondisi proses distilasi pada sebuah fraksinator sbb. Feed masuk dengan rate F kg/j dengan kadar xF dan spesifik panas hF kJ/kg menghasilkan produk atas dengan kadar xD dan produk bawah xW. Beban total kondensor –qC. Distilat dan reflux diambil pada titik liquida jenuhnya. 1.
Siapkan diagram diagram entalphi konsentrasi dan diagram kesetimbangan pada tekanan yang bersangkutan.
2.
Letakkan titik F pada titik (xF, hF)
3.
Letakkan titik B pada liquida jenuh kadar xB (entalphi hB)
4.
Letakkan titik D pada garis liquida jenuh dengan kadar xD (entalphi hD) dan titik ini sama dengan titik refluks (xa, hD)
5.
Letakkan titik dengan koordinat (x , h ) yang dihitung dari pers. − D(h D − Q C ) yaitu terletak pada garis vertikal melalui hΔ =
Δ
= h D − QC
h Δ = R (H a − h a ) + H a
h selalu positif
xD (=X dan bila total kondensor = xa) perhatikan bahwa QC negatif sehingga
Langkah-langkah penentuan plate ideal 6.
7.
8.
Karena Δ − Δ = F , maka titik Δ terletak pada perpanjangan garis lurus ΔF Titik Δ adalah perpotongan antara garis vertikal ke bawah melalui xB dengan perpanjangan garis ΔF Bila dipergunakan total kondensor, maka ya (selanjutnya disebut y1) =xa (selanjutnya disebut x0)=xD, maka titik V1(y1,H1) adalah perpotongan garis vertikal DΔ dengan garis uap jenuh. Selanjutnya tentukan titik (x1,h1) dengan bantuan garis kesetimbangan, dengan cara: Dari titik (y1, H1) tarik garis lurus ke bawah memotong diagonal kurva kesetimbangan, lalu tarik mendatar hingga hingga memotong kurva kesetimbangan, dari titik ini tarik kembali garis lurus ke atas yang memotong garis liquida jenuh pada titik (L1,a1). Garis putus yang menghubungkan titik V1 (v1, H1) dan titik L1(x1,h1) merupakan garis yang menyatakan 1 plate ideal (yaitu “ tie-line)
9.
10.
Selanjutnya dari titik L1 ditarik garis lurus menuju titik memotong garis uap jenuh dititik V2 (y2, H2) Dengan cara yang sama dengan langkah 8 tentukan titik L2 dan seterusnya hingga diperoleh titik Li yang letaknya di sebelah kiri titik F
11. Untuk menentukan titik Vi+1 (yi+1, Hi+1) ditarik garis lurus dari Li ke titik yang perpanjangannya memotong garis uap jenuh di titik Vi+1 12. Dengan cara yang sama titik Li+1 dapat ditentukan dari tie-line nya dst hingga diperoleh titik LN (xN, hN) yang letaknya tepat pada titik B (xB, hB) atau melebihi. 13. Jumlah plate ideal sama dengan jumlah tie-line yang diperoleh. 14. Feed plate dinyatakan oleh tie-line yang memotong garis overall.
ΔFΔ ΔFΔ
Δ
Partial Reboiler
hΔ
VN
H R
V1 D
N
h
1
B
LN
L1
Lo
V , yB
C D
xN
R =
L0 D
=
ΔV1
B, xB
V1L 0
Partial Condenser
hΔ
Δ
ｙ0=yD
V1, ｙ1
y L1 xB
xD
V2
L, x0
D, xD
REFLUX RATIO MINIMUM
Δm
H
Untuk kurva kesetimbangan normal, Rmin dicari dengan trial and error tie-line yangmelalui titik feed (F)
h B D F
hF
Δm
y
xB
xF
xD
R min
h Δ − H1 ⎛ L 0 ⎞ =⎜ ⎟ = H1 − h D ⎝ D ⎠ min min
∞
∞
REFLUX TOTAL
Untuk reflux total,
H
Dalam metode Ponchon-Savarit letak titiktitik Δ dan Δ adalah di tak berhingga (∞ )
h B
D F
hF
∞
y
xB
xF
xD
Jumlah plate ideal minimum
Δ
Open Steam
S
D, xD
Σ
F, xF
B
F D
S
B, xB
Neraca enthalpi: F hF + S HS = B hB + D hD + qc Bagian enriching tidak berubah Bagian stripping:
Δ = L m − Vm +1 = B − S Δ x Δ = B x B − S x S xΔ =
Bx B B−S
Δ xΔ Koordinat Σ: F + S = Σ = B ＋ Δ
xΣ = F S
=
Fx F F+S SΣ
ΣF
hΣ =
Fx F + SH S F+S
Lever arm rule
Δ
Feed Ganda
Δ
D, xD F1, xF1
B F2, xF2
F2 B, xB
Terdapat 3 daerah: • Enriching (Rectifying) • Intermediate • Exhausting (Stripping) Daerah Intermediate:
Δ = L p − V p +1 = F1 − D F x − D x D x Δ = 1 F1 F1 − D F h F1 − D h D − q C hΔ = F1 − D
D
Z F1
Δ Hubungan lain:
F1 + F2 = Z = D + B F1 + F2 = Z = −Δ + Δ F2 = Δ − Δ F1x F1 + F2 x F2 = x Z Z = x Z (F1 + F2 ) xZ =
F1x F1 + F2 x F2 F1 + F2
Δ
Side Stream Δ D, xD S, xS
F, xF
B
Z F S
B, xB Terdapat 3 daerah: • Enriching • Intermediate • Exhausting: Daerah Intermediate:
V p +1 − L p = D + S = Δ xΔ = hΔ =
D x D + S x S D+S D h D + S hS + qC D+S
Δ Hubungan lain:
F−B = D+S = Δ F−S = Z = Δ + Δ F= Δ+Δ xZ =
Fx F − Sx S F−S
D
