ASSIGNMENT 5 MASS TRANSFER Meidina Sekar Nadisti – 1406553045 1406553045
Calculate number of tray needed for your mixture in the previous assignment using FUG and UNISIM. “A mixture of feed containing 55% mole benzene benzene,, 30% mole toluene toluene,, and 15% mole xylene xylene is to be fractionated so that the distillate contains only 2% mole of toluene, and the bottom product contains only 1% mole of benzene. The column will operate at 1 atm with 45 percent vaporized feed.” feed. ”
Basis = 100 mol/h Feed Mol benzene = 55 mol/h Mol toluene
= 30 mol/h
Mol Acetone = 15 mol/h
Distilat 8% toluene
Waste 1% benzene #Minimum Number of Tray Needed 1) Menentukan Light Key (LK) dan Heavy Key (HK) Light key (LK) = komponen ringan di waste yang masih memiliki komposisi yang berarti. Heavy key (HK)= komponen berat di distilta yang masih memiliki komposisi yang berarti.
Komponen yang lebih ringan dari LK dan lebih berat dari HK dapat diabaikan. Pada soal diatas, Komponen LK = benzena Komponen HK = toluene 2) Menghitung Produk Distilat dan Waste Komponen
ZF
XD
XW
Benzene
0,55
0,98
0,01
Toluene
0,30
0,02
Acetate
0,15
0
Neraca mol total
F=D+W 100 = D + W W = 100 - D Neraca mol komponen benzena F zF,A = D xD,A + W xW,A 100 (0.55) = D(0.98) + (100 – D)0.01 55 = 0.98 D + 1 – 0,01D 54 = 0.97 D D = 55,67 mol W = 100 – 55,67 = 44,33 mol
Neraca mol komponen toluene F zF,B = D xD,B + W xW,B 100(0,30) = (55,67) (0,02) + (44,33) x W,B xW,B = 0,65 Neraca mol komponen p-xylene
F zF,C = D xD,C + W xW,C 100(0,15) = (55,67) (0) + (44,33) x W,C xW,C = 0,34 Menentukan komposisi di Distilat
Komponen A (benzena)
Komponen B (toluene)
, = = , = 0,9855,67 = 54,56 , = = , = 0,0255,67 = 1,11
Komponen C (xylene)
, = = , = 055,67 = 0 Menentukan komposisi di Waste
Komponen A (benzena)
, = = , = 0,0144,33 = 0.4433 Komponen B (toluene)
, = = , = 0,6544,33 = 28,81 Komponen C (xylene)
, = = , = 0,3444,33 = 15,07 Komponen
Feed
zF
Distilat
mol
xD
Waste
mol
xw
mol
Benzena (LK)
0,55
55
0,98
54,56
0.01
0,4433
Toluena (HK)
0,30
30
0,02
1,11
0,65
28,81
Xylene
0,15
15
0
0
0.34
15,07
3) Menghitung Temperature di F,D dan W
Menghitung temperature di feed
Temperatur di Feed adalah temperatur flash, sehingga sebelumnya harus menghitung T bubble dan T dew Menghitung bubble point Comp Benzene
A 6.90565
B 1211.033
C 220.79
Psat (atm) 1.437101048
K or m 1.437101048
xF
0.55
y 0.790405576
Toluene
6.95334
1343.943
219.377
0.577144869
0.577144869
0.3
0.173143461
Xylene
6.99053
1453.43
215.31
0.24300642
0.24300642
0.15
0.036450963 1
T bubble = 92,35 °C
Menghitung Dew Point Comp Benzene
A 6.90565
B 1211.033
C 220.79
Psat (atm) 2.076234321
K or m 2.076234321
yF 0.55
x 0.264902663
Toluene
6.95334
1343.943
219.377
0.871341352
0.871341352
0.3
0.344296755
Xylene
6.99053
1453.43
215.31
0.383827473
0.383827473
0.15
0.390800582 1
T dew = 105,85 oC
T flash
= T bubble + f (Tdew – T bubble) = 92,35 °C+ 0,6 (105,85 – 92,35 °C) = 100,45 °C
Kondisi pada saat T flash Comp
A
B
C
T didih (C)
Psat (atm)
K or m
xF
benzene
6.90565
1211.03 3
220.79
80.3
1.861
1.861
0.55
toluene
6.95334
1343.94 3
219.377
110.8
0.771
0.771
0.3
xylene
6.99053
1453.43
215.31
138.4
0.335
0.335
0.15
Comp
Menghitung Temperature Distilat A
B
C
Psat (atm)
K or m
xF
y 0.992202715 0
Benzene
6.90565
1211.033
220.79
1.01245175
1.01245175
Toluene
6.95334
1343.943
219.377
0.389864245
0.389864245
0.98 0.02
Xylene
6.99053
1453.43
215.31
0.157168089
0.157168089
0
0.007797285 1
T distillate
Comp
= 80,5 oC
Menghitung Temperature Waste A
B
C
Psat (atm)
K or m
Benzene
6.90565
1211.033
220.79
2.778855564
2.778855564
Toluene
6.95334
1343.943
219.377
1.207461769
Xylene
6.99053
1453.43
215.31
0.551062625
xF
y 0.027788556
1.207461769
0.01 0.65
0.551062625
0.34
0.187361292
0.78485015 0.999999998
T waste
= 117,4 oC
Menentukan dari masing-masing komponen di F, D dan di W dan rata-rata merupakan volatilitas relatif. Komponen yang menjadi acuan adalah HK yaitu toluene, sehingga
α LK,HK =
Feed (F) T (°C)
=
Distilat (D) P
T (°C)
P
Waste (W) T (°C)
P
100.45
1.861
80.5
1.0125
117.4
2.78
100.45
0.771
80.5
0.39
117.4
1.21
100.45
0.335
80.5
0.157
117.4
0.55
Pada Feed:
Pada Distilat:
, = = 1,0,876171 =2,41 , = = 1,0,031259 =2,59
Pada Waste:
, = = 2,1,7281 =2,3
Menghitung nilai volatilitas relatif rata-rata
α = √ α = √ 2,412,592,3 α =2,43
Menggunakan minimum
Metode
Fenske
untuk
menghitung
jumlah
kolom
ln((,,⁄⁄,,)) = ln̅ , 1 0.0.9082⁄⁄0.0,0615 ln = ln2,43 1 1 = 9,08 = , Dengan pembulatan keatas, maka jumlah N minimum adalah 9 tray
Pengecekan LK dan HK yang di state di awal
Mengecek asumsi bahwa tidak ada acetone di distilat, menggunakan flash di feed 273,02 oC.
pada suhu
, = Dimana i adalah komponen HK (toluene) dan j adalah non-key (xylene)
, = 0,0,7373 =2,33 Menggunakan persamaan Fenske kembali,
/ )] 1= ln[/ln/( ̅ ln (0.98⁄⁄0.0.6051) 9,08= ln2,33 =0,03 Fraksi xylene di distilat sangat kecil sehingga penepatan benzene sebagai LK dan toluene sebagai HK sudah tepat. # Estimate the number of ideal plates required if the reflux ratio is 1.5R Dm
Menghitung nilai ɸ
ɸ adalah akar koreksi dari persamaan Underwood, yang harus diperoleh sebelum kita bisa mendapatkan nilai R Dm. Melanjutkan dari perhitungan (a), kita sudah memperoleh nilai volatilitas relatif pada temperatur masuk feed.
xi,F 1q=∑ ααi,i,HHKKϕ Karena feed adalah campuran uap-cair dengan komposisi uap 0,6, maka q = 0.4.
∑ ααi,Hi,KHKxFiϕ = 0.6 Komponen
X
benzene toluene xylene
LK
0.55
2.414228565
0.330000002
HK
0.3
1
0.180000001
0.15
0.434635074
0.09
sigma
Nilai
ϕ
0.600000003
harus berada antara nilai α komponen light key dan nilai α komponen heavy
key. Kondisi pada tabel diatas didapatkan setelah melakukan goal seek pada Ms. Excel untuk nilai
ϕ=1,667
Menentukan nilai rasio reflux Rm
Menentukan nilai R D yang bernilai 1,5 R Dm
Menggunakan grafik Gilliand untuk mendapatkan nilai
1=∑ ,,,ϕ 140.98 10.02 0.4340 1 = 2.2.44141. 667 11.667 0.4341.667 1=3.137 =2.137 =1.5 =1.52.137 =3.2 = 3.22.137 =0.25 1 3.21
− +
Dengan memplot nilai
− = 0.25 pada grafik didapatka nilai − = 0,4 + + =0,4
1 8.08 =0,4 1 =.
Dengan pembulatan keatas, maka jumlah N adalah 14 tray
#Unisim Program
Data
Hasil Perhitungan Analitik
Unisim
Minimum number of trays
8.08
8.694
Actual number of trays
14.13
12.34
Feed temperature
100.45
98.55
Condenser temperature
80.5
79.16
Reboiler temperature
117.5
117.3
Minimum reflux
1.5
1.3
