ASSIGNMENT 4
MATA KULIAH PERPINDAHAN MASSA
Bella Novia Berliana 1506673214
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
A solution of carbon disulfide and carbon tetrachloride containing 50 wt% each is to be continuously fractionated at standard atmospheric pressure at the rate 4000 kg/h. The distilate product is to contain 95 wt% carbon disulfide, the residue 0.5 wt%. A reflux ratio of 3.5 mol to 1 mol of product is to be used. The molal latent heat of carbon tetrachloride and carbon disulfide are 194 kJ/kg and 351 kJ/kg respectively. Carbon tetrachloride and carbon disulfide form a nearly ideal system with a relative volatility of 2.5; the equilibrium curve is shown in below. The feed has a boiling point of 53,392oC at a pressure of 1 atm. a. Calculate the moles of overhead product and bottom product per hour. b. Determine the number of ideal plates and the position of the feed plate if the feed is liquid and at its boiling point.
Answer
F = 4000 kg⁄h F= 100−D=W
Menentukan laju alir dalam umpan dalam mol
4000 0,5 26.176 = 26.176 =0,70 = 4000 0,576,4074000 0,5 = 13,00226,176 39,178 153,8227 76,407
Menentukan laju alir dalam distilat dalam mol (asumsi: D = 100 kg/h)
95 1,243 = 1,243 =0,974 = 95 76,407 5 = 1,2430,033 1,276 76,407 153,8227
Menentukan laju alir dalam waste dalam mol (asumsi: W = 100 kg/h)
0,5 0,007 = 0,007 =0,012 = 0,5 76,40799,5 = 0,0070,647 0,654 76,407 153,8227
Menentukan laju alir distilat dan waste
F xf =
100 x 0,78 = 0,974 (100−) 0,012 78=0,9740,012−0,012 81,069 /ℎ = 18,931 /ℎ =
1.2000 1.0000 0.8000 0.6000 0.4000 0.2000 0.0000 -0.2000
0.0000
0.2000
0.4000
0.6000
0.8000
1.0000
1.2000
-0.2000
–
Kurva Kesetimbangan Carbon Disulfide Carbon Tetrachloride
Memplot titik xf , xd, dan xw pada kurva kesetimbangan
1.2000
1.0000
0.8000
0.6000
0.4000
0.2000
0.0000 -0.2000
0.0000
0.2000
0.4000
0.6000
0.8000
1.0000
1.2000
-0.2000
Memplot garis feed dimana q = 1, karena feed yang digunakan adalah saturated liquid pada boiling point-nya.
1.8000 1.6000 1.4000 1.2000 1.0000 0.8000 0.6000 0.4000 0.2000 0.0000 -0.2000
0.0000 -0.2000
0.2000
0.4000
0.6000
0.8000
1.0000
1.2000
Memplot garis enriching dengan menggunakan rumus
= 1 0,974 = 3,51 = 0,216 = 1 3,5 = 3,51 =0,778 + =0,778 0,216 1.8000
1.6000
1.4000
1.2000
1.0000
0.8000
0.6000
0.4000
0.2000
0.0000 -0.2000
0.0000
0.2000
0.4000
0.6000
0.8000
1.0000
1.2000
-0.2000
Membuat garis stripping dengan cara mencari titik potong antara garis enriching dengan garis feed (0,78;0,82) lalu menarik garis antara titik p otong dengan titik xw,yw (0,012;0,012)
1.8000 1.6000 1.4000 1.2000 1.0000 0.8000 0.6000 0.4000 0.2000 0.0000 -0.2000
0.0000 -0.2000
0.2000
0.4000
0.6000
0.8000
1.0000
1.2000
Membuat garis-garis untuk tray-tray
Jumlah tray ideal yang digunakan adalah 10 buah, termasuk tray yang terdapat pada reboiler.
Mencari nilai K values dengan menggunakan rumus
= Carbon disulfide :
= 1,255 1 =1,255 Carbon tetrachloride :
= 0,464 1 =0,464
Mencari nilai tray minimal dengan menggunakan rumus
ln / / = ln − 1 dimana
= Jawab :
ln 0,974/0,012 = 0,026/0,988 −1 1,255 ln 0,464 ln 81,167 0,026 − 1 = ln2,705 = ln3121,808 ln2,705 − 1 = 8,046 0,995 − 1 =7,086
Mencari minimum reflux ratio dengan menggunakan rumus
1 = ∑ −∅
Jawab :
1 − = ∑ −∅
1 − 1 = ∑ −∅ 0 = ∑ −∅ Dengan menggunakan trial dan error, maka didapat kan nilai Φ = 1,1611 Komponen x α Φ = 1,1611 i
f
Carbon Disulfide
2,705
0,78
1,366099554
Carbon
1
0,22
-1,365611421
Tetrachloride Jumlah
Maka,
0,000488132
1 = −∅ 0,9704 1 = 2,2,705 705 − 1,1611 = 1,7 − 1 = 0,7
Menentukan jumlah tray ideal dengan menggunakan korelasi Gilliland Sumbu x :
− 1 3,5−0,7 3,51 2,8 =0,622 4,5
Gambar 1. Korelasi Gilliland. Sumber: McCabe, Unit Operations of Chemical Engineering
Dapat dilihat dari grafik di atas, nilai sumbu y yang didapatkan adalah 0,03. Sehingga,
0,2= − 1 0,2= −7,086 1 0,20,2=−7,086 7,286=0,8 9,1075= Jumlah tray ideal yang digunakan adalah 9,1075 atau 10 tray termasuk tray yang terdapat pada reboiler.
A mixture with i-butane 65%, n-butane 26%, and n-pentane 9% to be distilled to give a distillate product with no more than 0,05 mole fraction n-butane and a bottoms product with no more than 0,05 mole fraction i-butane. The column will operate at 1 atm with 60% vaporized feed.
a. Calculate the complete product compositions and the minimum number of ideal plates at infinite reflux. b. What is the minimum reflux ratio for a liquid feed at boiling point? c. Estimate the number of ideal plates required if reflux ratio is 3,5 Answer :
a. Calculate the complete product compositions and the minimum number of ideal plates at infinite reflux. Asumsi : -
Light Key component = i-butane
-
Heavy Key component = n-butane
-
Tidak ada pentane pada produk distilat
-
F =100 kmol/hr
= 100−= Jawab : Untuk i-butane
, = , , 100 0,65=0,950,05(100−) 65=50,9 60=0,9 66,667= 33,333 =
-
i-butane di D adalah
, = 66,667 0,95 = 63,334 /ℎ -
n-butane di W adalah
, = , , 100 0,26 = 66,667 0,05 33,333 , 26 = 3,333 33,333 , 0,68=, -
n-pentane di W adalah
, = , , 100 0,09 = 66,667 0 33,333 , 9 = 33,333 , 0,27=, -
Mencari nilai K untuk tiap-tiap komponen
= i-butane
= 1,558 1 =1,558 n-butane
= 1,017 1 =1,017 n-pentane
= 0.241 1 =0,241
-
-
Mencari nilai α untuk LK,HK , = = 1,558 1,017 =1,532 Mencari nilai Nmin
ln = ln − 1 ln 0,95/0,05 0,05/0,68 − 1 = ln1,532 = ln258,4 ln1,532 − 1 = 5,555 0,427 − 1 =12,009 b. What is the minimum reflux ratio for a liquid feed at boiling point? -
Mencari minimum reflux ratio dengan menggunakan rumus
1 = ∑ −∅
Jawab :
1 − = ∑ −∅ 1 − 1 = ∑ −∅ 0 = ∑ −∅ Dengan menggunakan trial dan error, maka didapatkan nilai Φ = 1,11115 α Komponen x Φ = 1,11115 i
f
i-butane
1,558
0,65
2,364402393
n-butane
1,017
0,26
-2,339181287
n-pentane
0,241
0,09
-0,024384951
Jumlah
0,000836
Maka,
1 = ∑ −∅ 1,558 0,95 1,017 0,05 1 = 1,558−1,11115 1,017−1,11115 1 = 3,315 − 0,54 = 2,775 − 1 =1,775
c. Estimate the number of ideal plates required if reflux ratio is 3,5 -
Menentukan jumlah tray ideal dengan menggunakan korelasi Gilliland
Sumbu x :
− 1 3,5−1,775 3,51 1,725 =0,383 4,5
Gambar 1. Korelasi Gilliland. Sumber: McCabe, Unit Operations of Chemical Engineering
Dapat dilihat dari grafik di atas, nilai sumbu y yang didapatkan adalah 0,03. Sehingga,
0,35= − 1 0,35= −12,009 1 0,350,35=−12,009 12,359=0,65 19,013= Jumlah tray ideal yang digunakan adalah 19,013 atau 20 tray termasuk tray yang terdapat pada reboiler.
