kesetimbangan uap-cairan

VAPOR LIQUID EQUILIBRIUM E QUILIBRIUM (KESETIMBANGAN UAP – CAIRAN)

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

DIKLAT TEKNIS BIDANG MIGAS

Halaman

: 1 dari 44

PUSDIKLAT MIGAS

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI BAB I :

BAB II

BAB III

BAB IV

:

:

:

PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang 1.2. Deskripsi Singkat 1.3. Tujuan Pembelajaran Umum 1.4. Tujuan Pembelajaran Khusus FLASH VAPORISASI & DIFFERENSIAL DIFFERENSI AL VAPORISASI 2.1. Pengukuran Kesetimbangan Kesetimbang an Uap - Cairan 2.2. Konstanta Kesetimbangan Untuk Campuran Komplek 2.3. Perhitungan Kesetimbangan Uap-Cairan 2.4. Perhitungan Flash Vaporisasi 2.5. Differensial Differensial Vaporisasi KESETIMBANGAN UAP CAIRAN SISTEM BINER 3.1. Hukum Hukum Yang Menggambarkan Kesetimbangan 3.2. Diagram Fasa 3.3. Pengaruh Tekanan Terhadap Kesetimbangan Fasa 3.4. Mengkonstruksi Diagram Fasa Sistem Biner KESETIMBANGAN KESETIMBANG AN UAP CAIRAN MULTIKOMPONEN 4.1. Sistem Multi Komponen Ideal 4.2. Bubble Point dan Dew Point Calculation Ideal Behavior

DAFTAR PUSTAKA

1 2 2 3 3 3 4 4 5 8 9 13 19 19 23 26 27 32 32 33

44

1|Page


Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0


Halaman

: 2 dari 44

PUSDIKLAT MIGAS

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Tahap pertama dalam setiap pengolahan gas alam selalu diawali dengan proses pemurnian gas, selanjutnya diikuti dengan proses pemisahan dengan kolom fraksinasi. Pemurnian tahap pertama biasanya adalah menghilangkan kandungan CO 2 dalam feed gas. Tujuan dari pengambilan CO 2 dalam feed gas ini adalah agar gas tidak bersifat korosif dan memiliki nilai kalor tinggi. Proses selanjutnya adalah proses dehidrasi yang mana proses ini dimaksudkan untuk mengurangi kadar air (dalam fasa uap air) di gas, karena kadar air di gas akan menyebabkan korosif dan menurunkan nilai kalor dari gas. Dalam proses pemisahan gas berdasarkan fraksi fraksinya umumnya digunakan peralatan seperti kolom distilasi. Pada proses pemisahan antar fraksi di kolom distilasi terjadi kesetimbangan fasa uap – cairan. Kesetimbangan fasa uap-cairan ini harus terjadi agar didapatkan kemurnian yang baik dari fraksi yang diinginkan setelah produk keluar dari kolom fraksinasi. Tentunya dalam mengoperasikan kolom distilasi diperlukan suatu pengetahuan dasar tentang teori kesetimbangan fasa uap-cairan karena kesetimbangan fasa uap-cairan ini dipengaruhi oleh beberapa variabel proses, yaitu tekanan dan temperatur. Karena perubahan tekanan dan temperatur operasi pada kolom distilasi akan menyebabkan berubahnya komposisi produk yang diinginkan maka menjadi sangatlah penting bagi para enggineer dan operator dalam memahami teori kesetimbangan fasa uap-cairan.

2|Page


Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0


Halaman

: 2 dari 44

PUSDIKLAT MIGAS

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Tahap pertama dalam setiap pengolahan gas alam selalu diawali dengan proses pemurnian gas, selanjutnya diikuti dengan proses pemisahan dengan kolom fraksinasi. Pemurnian tahap pertama biasanya adalah menghilangkan kandungan CO 2 dalam feed gas. Tujuan dari pengambilan CO 2 dalam feed gas ini adalah agar gas tidak bersifat korosif dan memiliki nilai kalor tinggi. Proses selanjutnya adalah proses dehidrasi yang mana proses ini dimaksudkan untuk mengurangi kadar air (dalam fasa uap air) di gas, karena kadar air di gas akan menyebabkan korosif dan menurunkan nilai kalor dari gas. Dalam proses pemisahan gas berdasarkan fraksi fraksinya umumnya digunakan peralatan seperti kolom distilasi. Pada proses pemisahan antar fraksi di kolom distilasi terjadi kesetimbangan fasa uap – cairan. Kesetimbangan fasa uap-cairan ini harus terjadi agar didapatkan kemurnian yang baik dari fraksi yang diinginkan setelah produk keluar dari kolom fraksinasi. Tentunya dalam mengoperasikan kolom distilasi diperlukan suatu pengetahuan dasar tentang teori kesetimbangan fasa uap-cairan karena kesetimbangan fasa uap-cairan ini dipengaruhi oleh beberapa variabel proses, yaitu tekanan dan temperatur. Karena perubahan tekanan dan temperatur operasi pada kolom distilasi akan menyebabkan berubahnya komposisi produk yang diinginkan maka menjadi sangatlah penting bagi para enggineer dan operator dalam memahami teori kesetimbangan fasa uap-cairan.

2|Page


Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0


Halaman

: 3 dari 44

PUSDIKLAT MIGAS

1.2. Deskripsi Singkat Mata Diklat ini membahas tentang perubahan komposisi uap cairan akibat dari perubahan tekanan dan temperatur operasi pada peralatan proses distilasi dan condensate stabilizer.

1.3. Tujuan Pembelajaran Umum (TPU) Setelah mengikuti pembelajaran ini, peserta diklat diharapkan dapat menentukan temperatur dan tekanan operasi pada kolom distilasi agar komposisi produk yang diinginkan dari suatu kolom distilasi dapat tercapai.

1.4. Tujuan Pembelajaran Pembelajaran Khusus Khusus (TPK) (TPK) Setelah mengikuti mata diklat ini, peserta diklat mampu : 1. Menjelaskan proses Flash Vaporisasi 2. Menjelaskan proses kesetimbangan kesetim bangan fasa untuk untuk sistem Biner 3. Menjelaskan proses kesetimbangan kesetim bangan fasa untuk untuk sistem Multikomponen Multikomponen

3|Page


Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0


Halaman

: 4 dari 44

PUSDIKLAT MIGAS

BAB II FLASH VAPORISASI & DIFFERENSIAL VAPORISASI VAPORISASI

Pengukuran kesetimbangan uap-cairan untuk sistem yang komplek dari gas alam dan crude oil memerlukan analisa yang amat rumit. Metoda analisa untuk fase dan peralatan yang digunakan untuk mendapatkan kesetimbangan akan dibahas secara garis besar disini. Selama data komposisi fase suatu sistem diketahui, maka besarnya harga konstanta kesetimbangan (K = y/x) dapat diplot untuk memprediksi konstanta pada sistem yang baru. Ada empat macam peralata peralatan n yang secara umum digunak digunakan an untuk untuk mengana menganalisa lisa komposisi gas alam dan campuran volatile hydrocarbon adalah sebagai berikut:

(1). Low-Temperature Fractionation (2). Analytical Mass Spectrometer (3). Infrared I nfrared Absorption Spectrometer (4). Gas Chromatography

Pada prinsipnya peralatan tersebut digunakan untuk menentukan komposisi gas hydrocarbon ataupun condensate-nya.

2.1. Pengukuran Kesetimbangan Uap - Cairan Banyak

macam

peralatan

dalam

skala

laboratorium

yang

telah

dikembangkan oleh para perusahaan untuk mendapatkan data kesetimbangan antara uap dan cairan. Untuk menentukan data kesetimbangan yang dapat diukur secara langsung adalah tekanan uap zat murni atau titik didih dan titik embun untuk campuran biner. Berdasarkan tekanan uap maupun titik didih yang diukur dapat dihitung besarnya konstanta kesetimbangan dengan menggunakan rumusrumus empiris yang telah diturunkan seperti misalnya Raoult dan Dalton. Untuk campuran komplek seperti gas alam dan crude oil, sebelum dilakukan pengukuran terlebih dahulu campuran tersebut dibuat dalam keadaan setimbang

4|Page

VAPOR LIQUID EQUILIBRIUM (KESETIMBANGAN UAP – CAIRAN) PUSDIKLAT MIGAS


Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 5 dari 44

sebelum diambil contohnya untuk dianalisisi. Dalam pelaksanaannya di lapangan, suatu aliran campuran pada kondisi suhu dan tekanan tertentu dilewatkan sebuah separator untuk dipisahkan antara fase uap dan fase cairnya, dari sini masing-masing fase diambil contohnya dan dianalisis secara laboratoris untuk mendapatkan komposisi komponen-komponen yang terdapat di dalam masingmasing fase tersebut.

2.2. Konstanta Kesetimbangan Untuk Campuran Komplek Pertama kali grafik yang digunakan untuk memprediksi konstanta kesetimbangan adalah didasarkan pada suatu perhitungan ekstrapolasi fugasitas dan harga perbandingannya. Grafik seperti ini disebut sebagai grafik konstanta kesetimbangan ideal (ideal equilibrium constant) yang mana harga-harganya sangat tergantung pada jenis campuran senyawa hydrocarbon yang mengikuti aturan keidealan, dengan kata lain penyelesaian-penyelesaian dilakukan secara secara ideal.

5|Page



Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 6 dari 44

Gambar 1 : Konstanta kesetimbangan pada suhu rendah

Gambar 1 menunjukkan harga konstanta kesetimbangan untuk senyawa hidrokarbon ringan pada suhu yang relatif rendah, sdangkan gambar 2 menunjukkan harga konstanta kesetimbangan untuk senyawa hidrokarbon ringan pada suhu yang relatif tinggi. Dan gambar 3 menunjukkan salah satu contoh harga konstanta kesetimbangan untuk beberapa hidrokarbon pada suhu konstan dan berbagai tekanan.

6|Page



Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 7 dari 44

Gambar 2 : Konstanta kesetimbangan pada suhu tinggi

7|Page



Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 8 dari 44

Gambar 3 : Contoh Konstanta Kesetimbangan pada suhu konstan

2.3. Perhitungan Kesetimbangan Uap-Cairan Untuk suatu campuran yang diketahui komposisinya memungkinkan untuk dapat diketahui temperatur dan tekanan didihnya atau temperatur dan tekanan embunnya dengan cara melalui perhitungan-perhitungan setelah diketahui data kesetimbangannya. Khusus untuk campuran biner, suhu didih dan suhu

8|Page



Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 9 dari 44

embunnya dapat di tentukan dengan cara membuat kurva kesetimbang pada tekanan tertentu yang berada di antara kedua titik didih komponen-komponennya. Demikian pula tekanan didih dan tekanan embun juga demikian halnya, yaitu dengan cara membuat kurva kesetimbangan pada suhu tertentu yang berada di antara kedua tekanan uap komponen-komponennya.

2.3.1. Titik Didih (Bubble Point) Titik didih adalah kondisi (temperatur dan tekanan) dimana cairan mulai mendidih untuk berubah menjadi fase uap. Pada kondisi tersebut jumlah dari hasil perkalian konstanta kesetimbangan dan fraksi mol dalam cairan sama dengan satu.

K.x = y = 1 .....................(1) dimana: K = konstanta kesetimbangan x = fraksi mol dalam fase cair y = fraksi mol dalam fase uap

2.3.2. Titik Embun (Dew Point) Titik embun adalah kondisi (temperatur dan tekanan) dimana uap mulai mengembun untuk berubah menjadi fase cair. Pada kondisi tersebut jumlah dari hasil bagi fraksi mol dalam fase uap terhadap konstanta kesetimbangan sama dengan satu.



y K

= x = 1 ..............(2)

2.4. Perhitungan Flash Vaporisasi Data kesetimbangan juga dapat digunakan untuk perhitungan campuran yang terbagi dalam dua fase (uap dan cairan) pada suhu dan tekanan tertentu. Pada kondisi tekanan dan suhu tertentu semua uap akan berada dalam keadaan setimbang dengan semua cairannya. Kesetimbangan akan dicapai apabila 9|Page



Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 10 dari 44

komposisi pada kedua fase sudah tidak mengalami perubahan lagi, hal ini membutuhkan waktu yang cukup dan kontak yang sempurna antara uap dan cairan. Peristiwa seperti ini dapat terjadi dalam proses batch maupun kontinyu jika kondisi suhu dan tekanannya dapat dipertahankan dalam waktu yang cukup lama. Di dalam proses distilasi misalnya, kesetimbangan dapatr dicapai apabila menggunakan alat kontak yang ideal. Sedangkan alat kontak yang ideal dalam kenyataannya tidak pernah dijumpai, oleh karena itu untuk menyatakan seberapa jauh keidealan alat kontak distilasi dinyatakan dengan istilah efisiensi alat kontak. Persamaan-persamaan yang digunakan untuk perhitungan ini diturunkan dari persamaan kesetimbangan, yaitu persamaan neraca bahan secara keseluruhan maupun per komponen sebagaimana yang dijelaskan menggunakan ilustrasi diagram proses pada gambar 4 beserta penjelasannya.

Gb. 4: Kesetimbangan Uap-Cairan flash vaporisasi

10 | P a g e

VAPOR LIQUID EQUILIBRIUM (KESETIMBANGAN UAP – CAIRAN) DIKLAT TEKNIS BIDANG MIGAS

PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 11 dari 44

Jika: F = jumlah feed (mol) V = jumlah uap (mol) L = jumlah cairan dalam kesetimbangan (mol) z = fraksi mol komponen dalam feed x = fraksi mol komponen dalam fase cair y = fraksi mol komponen dalam fase uap i = masing-masing komponen Maka persamaan kesetimbangan: yi xi

= K i .....................(3)

Persamaan neraca bahan keseluruhan: F = L + V ..................(4)

Persamaan neraca bahan komponen: z.F = x.L + y.V ............................(5)

Dengan mensubstitusikan harga x dari persamaan kesetimbangan diperoleh persamaan: z.F =

y K

L + y.V .....................(6)

atau y =

z.F L K

+ V

=

F

z.K ..........................(7) L V K + V

atau jika f = 1 mol, maka y =

z.K (K - 1)V + 1

.......................(8)

Untuk seluruh komponen di dalam fase uap,

11 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

y = 1 = 

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 12 dari 44

F

z.K ............................(9) L V K + V

Dengan cara yang sama, untuk harga x dapat dicari dengan menggunakan persamaan:

x =

F V

z K +

=

L

z (K - 1)V + 1

.......................(10)

V

Untuk seluruh komponen di dalam fase cair:

x = 1 = 

F V

z K +

L

.........................(11)

V

Untuk harga F = 1 mol, maka V = 

z.F K +

L

= 

V

z K +

L

................................(12)

V

Untuk memilih tekanan dan suhu feed yang komposisi dan konstanta kesetimbangannya diketahui, maka harga V diasumsikan dan apakah [z.K/(K + L/V)] atau [z/(K + L/V)] dihitung sampai mendapatkan harga yang diasumsikan benar. Plot harga V yang diasumsikan vs V yang dihitung. Metoda lain adalah dengan cara trial and error, yaitu dengan menggunakan persamaan:

y - x = 0 = 

z(K - 1) V(K - 1) + 1

.............................(13)

Suatu metoda yang berhasil dalam pemilihan harga V setelah trial pertama dikenal sebagai metoda Newton, yaitu meliputi slope (kemiringan) kurva pada V yang pertama kali diasumsikan. Slope kurva pada V diperoleh dengan cara mendifferensialkan persamaan tersebut terhadap V.

12 | P a g e



Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 13 dari 44

 z(K - 1)     2  V(K - 1) + 1 =  z(K - 1) .........................(14) 2 V [V(K - 1) + 1] Trial pertama harga z(K - 1) 2/[V(k - 1) + 1] dan slope kurva memungkinkan perhitungan DV, yang dilakukan terhadap trial pertama untuk mendapatkan harga trial kedua.

 V 2 = V1 +



z(K - 1) V(K - 1) + 1 z(K - 1 )

....................................(15)

2 2

[V(K - 1) + 1]

Bentuk kurva dapat menyimpang dari sebuah garis lurus antara titik pertama dan kedua, dan untuk keperluan ketelitiannya kemungkinan trial ketiga masih diperlukan. Harga V 3 diperoleh dari V 2 seperti V2 yang diperoleh dari V 1.

2.5. Differensial Vaporisasi Differensial vaporisasi berbeda dengan equilibrium flash vaporisasi yang mana uap lepas dari cairannya begitu ia terbentuk. Terbentuknya uap dalam keadaan kesetimbangan di dalam proses yang berbeda adalah hasil dari suatu perubahan suhu dan/atau tekanan. Setiap bertambahnya (increment) uap yang terbentuk (dW) akan merubah komposisi cairan. Perhitungan-perhitungan differensial-vaporization didasarkan pada suatu pernyataan neraca bahan, yaitu bertambahnya zat-zat dalam uap disamakan dengan berkurangnya zat tersebut dalam cairan. y.dW = x.W - (W - dW)(x - dx) ............................(16)

13 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 14 dari 44

dimana: W = jumlah mol cairan x = fraksi mol dalam fase cair y = fraksi mol dalam fase uap

Dengan mengabaikan harga dW.dx dan menggunakan y = x.K, maka x.dW + W.dx = x.K.dW .......................(17)

Jika persamaan ini diintegralkan dan K dianggap konstant, maka W f

W

dW W

0

=

1

x f

K -1

x

0

dx x

.............................(18)

dimana: subscript 0 = kondisi awal subscript f = kondisi akhir Hasil integral adalah

ln

W f W0

 x f    x 0  ...................................(19)

ln =

K -1 1

 x  K - 1 Wf =  f  .....................................(20) W0  x 0   W  =  f  x0  W 0  x f

K - 1

......................................(21)

Pada akhir proses didapatkan:

 x f = 1

dan

 x f . K f = 1

Dengan persamaan yang sama dapat dikembangkan dengan menggantikan K oleh Kn/K1. Dengan demikian K tidak harus konstan untuk persamaan tersebut, tetapi ratio K harus diperkirakan konstan. Oleh karena itu komposisi dan kondisi akhir harus sama.

14 | P a g e



Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 15 dari 44

Contoh 1 : Hitung tekanan suatu campuran dengan komposisi berikut mendidih pada suhu 120oF: Komponen

Fraksi mol dalam cairan

Methane Ethane Propane i-Butane n-Butane i-Pentane n-Pentane Hexane Heptane plus

0,2208 0,0739 0,0775 0,0203 0,0420 0,0170 0,0270 0,0477 0,4738

Penyelesaian: Dengan mengambil data dari gambar (1-1) s/d (1-2) buat tabel seperti berikut: Komponen Methane Ethane Propane i-Butane n-Butane i-Pentane n-Pentane Hexane Heptane plus

x 0,2208 0,0739 0,0775 0,0203 0,0420 0,0170 0,0270 0,0477 0,4738

Pada 120 oF dan 1.400 psia

Pada 120 oF dan 1.200 psia

K 3,4000 0,9700 0,4400 0,2550 0,2120 0,1260 0,1080 0,0560 0,0051

K 3,9000 1,0200 0,4400 0,2450 0,2080 0,1150 0,1000 0,0840 0,0042

K.x 0,7507 0,0716 0,0341 0,0052 0,0089 0,0021 0,0029 0,0027 0,0024 0,8806

K.x 0,8611 0,0755 0,0341 0,0050 0,0087 0,0020 0,0027 0,0023 0,0020 0,9934

Dengan cara extrapolasi tekanan saat mendidih pada suhu 120 oF: 1.200 + {(1.200 - 1.400)/(0,9934 - 0,8806)}(1 - 0,9934) = 1.188 psia

15 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 16 dari 44

Contoh 2 : Hitung suhu suatu campuran dengan komposisi berikut mengembun pada tekanan 130 psia. Komponen


Propane i-Butane n-Butane

0,025 0,904 0,071

Penyelesaian: Dengan mengambil data dari gambar (1-1) s/d (1-2) buat tabel seperti berikut: Komponen Propane i-Butane n-Butane

x 0,025 0,904 0,071

Pada 130 psia dan 130 oF K 1,85 0,88 0,65

K.x 0,0135 1,2730 0,1090 1,3955

Pada 130 psia dan 150 oF K 2,20 1,10 0,83

K.x 0,0114 0,8218 0,0085 0,8417

Dengan cara interpolasi, suhu saat mengembun pada tekanan 130 psia: 150 + {(150 - 130)/(0,8417 - 1,3955)}(1 - 0,8417) = 144 oF

16 | P a g e



Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 17 dari 44

Latihan 1 : Hitung tekanan suatu campuran dengan komposisi berikut mendidih pada suhu .......oF: Komponen


Penyelesaian: Dengan mengambil data dari gambar (5-1) s/d (5-2) buat tabel seperti berikut: Komponen

X

Pada …… oF dan ……. psia K

K.x

Pada …… oF dan ……. psia K

K.x

Methane Ethane Propane i-Butane n-Butane i-Pentane n-Pentane Hexane Heptane plus

17 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 18 dari 44

Latihan 2 : Hitung suhu suatu campuran dengan komposisi berikut mengembun pada tekanan ........ psia. Komponen


Penyelesaian: Dengan mengambil data dari gambar (5-1) s/d (5-2) buat tabel seperti berikut: Komponen

x

Pada …… psia dan ……. oF K

K.x

Pada …… psia dan ……. oF K

K.x

Propane i-Butane n-Butane

18 | P a g e



Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 19 dari 44

BAB III KESETIMBANGAN UAP CAIRAN SISTEM BINER

3.1. Hukum Hukum Yang Menggambarkan Kesetimbangan Sejumlah aturan-aturan dan hukum-hukum telah banyak ditulis di beberapa literatur untuk menggambarkan dan mendefinisikan suatu keadaan yang secara fisik antara uap dan liquid berada pada kondisi berkesetimbangan.

a.

Campuran Gas Ideal

Gas ideal digambarkan sebagai gas yang memenuhi hukum hukum gas ideal, yang secara umum ditulis : PV = n RT......................................................(22)

Untuk campuran Gas Ideal, dimana suatu gas terdiri atas beberapa komponen gas, maka besarnya tekanan total gas tersebut mengikuti hukum Dalton sebagai berikut :

 = ∑  =  +  +  + ⋯ +  ............(23) Dalton juga mempostulat bahwa tekanan parsial



dari suatu campuran gas

ideal adalah sebanding dengan jumlah molekul dari gas yang berada di campuran tersebut, yaitu :

 =   ...........................................................(24) Sedangkan Roult’s menghubungkan antara tekanan parsial di fasa uap dan komposisi fasa liquid sebagai berikut :

 =   ............................................................(25)

19 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 20 dari 44

Bila digabungkan antara hukum Dalton dengan Hukum Roult, maka akan

 sebagai berikut :  = ∑  = ∑   = ∑   ...............(26)

menghasilkan persamaan tekanan total campuran

Dan untuk single komponen berlaku :

  =   ....................................................(27) Tekanan uap



(atau sebagian literatur ditulis

 ) dari satu komponen gas

merupakan fungsi dari suhu, yaitu tekanan akan meningkat seiring dengan meningkatnya temperatur, dan salah satu komponen gas yang memiliki tekanan uap tinggi pada temperatur tertentu di suatu campuran gas dikatakan lebih volatil (mudah menguap). Tekanan uap

 dan

temperatur umumnya dinyatakan dengan persamaan

Antoine sebagai berikut :

=−  .....................................(28 a) Untuk beberapa komponen

i

dapat ditulis :

 =  −  .......................... (28 b) NB : sebagian literatur menuliskan persamaan Antoine sebagai berikut :

  () =  − () sedangkan untuk beberapa komponen

i dapat ditulis sebagai berikut :

  () =  −  +()

20 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 21 dari 44

Relative Volatility Relative volatility menyatakan derajad volatility (sifat penguapan) dari suatu komponen gas yang relativ terhadap komponen gas lainnya di suatu campuran gas. Semakin besar nilai volatility, maka semakin mudah dua komponen tersebut dipisahkan. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

 = ⁄⁄.........................(29) Untuk campuran gas ideal adalah :

 =  ...........................(30) b. Campuran Gas Non Ideal Gas campuran aktual (gas non ideal) umumnya tidak mengikuti hukum-hukum gas ideal, hal ini disebabkan karena campuran gas tersebut dibentuk dari gasgas yang memiliki molekul yang berbeda dan setiap molekul gas yang berbeda tersebut

memiliki

gaya

tarik

intermolekuler

yang

berbeda

beda

pula.

Penyimpangan dari hukum gas ideal ini dapat dinyatakan dengan berbagai cara dan sangat berguna di proses distilasi. Penyimpangan ini dinyatakan dengan berbagai persamaan keadaan empiris yang banyak ditulis di literatur, seperti : 

Compressibility factor



Van Der Waals



Dieterici



Berthelot



Redlich Kwong



Kammerlingh-Onnes



Holborn



Beattie-Bridgeman



Bennedict-Web-Ruin



Peng-Robinson, dll

21 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 22 dari 44

Koefisien Fugacity Koefisien Fugacity

v

menghubungkan antara tekanan partial yang digunakan

oleh suatu gas aktual yang bertingkah laku seolah olah seperti gas ideal. Koefisien Fugacity ditulis sebagai berikut :

 = ........................................(31) Dimana f adalah

escaping tendency (kecenderungan

untuk melepaskan diri)

atau fugacity yang didefinisikan oleh Lewis and Randall sebagai berikut :

 =   ln ...................(32) Pada tekanan rendah, yaitu dalam kisaran atmosferis dan lebih rendah dari atmosferis, fugacity akan memiliki nilai sama dengan tekanan parsial dari gas dan koefisien fugacitynya adalah 1. Tetapi pada tekanan tinggi, koefisien fugacity dari masing-masing gas didalam suatu campuran adalah tidak sama.

Untuk campuran gas non ideal, koefisien fugacity dikombinasikan dengan hukum Dalton’s adalah sebagai berikut :

 =  =  ......................(33) Beberapa variabel yang mempengaruhi harga dari

activity coefficient



telah dikembangkan oleh beberapa ilmuwan di beberapa literatur, antara lain : 1. Persaman Gibbs-Duhem 2. Persamaan Van Laar 3. Persaman Wohl 4. Persaman Carlson and Colburn 5. Persamaan Margules 6. dll

22 | P a g e



Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 23 dari 44

c. Campuran Liquid Non Ideal Pada liquid aktual dan liquid campuran jarak rata rata antar molekul sangatlah kecil bila dibandingan dengan molekul gas dan gaya tarik antar molekul di liquid sangatlah kuat. Penyimpangan dari kondisi ideal dari komponen komponen liquid yang berada di campuran liquid diukur dengan istilah


. Bila activity coefficient  ini aplikasikan di

Hukum Roult’s, maka Hukum Roult’s akan terkoreksi menjadi :

 =    ...........................(34) Dan bila koefisien fugacity dan


digunakan untuk

mengkoreksi Hukum Roult’s secara bersamaan menjadi :

   =    ...................(35) Sedangkan Relative Volatility di sistem non ideal bila dikombinasi dengan


dan koefisien fugacity adalah sebgai berikut :

 = ⁄⁄ = ............(36) 3.2. Diagram Fasa Diagram fasa digunakan untuk menggambarkan sistem dua komponen dengan cara memploting dua dari tiga variabel bebas (komposisi, temperature, dan tekanan) pada satu nilai tetap. Misalnya : a. Komposisi vs Entalphy (fungsi temperatur) pada tekanan tetap b. Komposisi Vapor vs Komposisi Liquid pada tekanan konstan c. Komposisi vs Tekanan pada temperatur konstan d. Komposisi vs Temperatur pada tekanan tetap

Untuk Point b sangat berguna untuk menggambarkan kesetimbangan uap-cairan untuk campuran biner dan juga digunakan untuk perhitungan distilasi secara kuantitatif, yaitu perhitungan penentuan jumlah plate ideal dan

23 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 24 dari 44

aktual, efisiensi plate, minimum reflux rasio, dll. Berikut gambar 5 dan 6 yang menunjukkan beberapa contoh diagram fasa. Pada gambar 6 : 

Untuk diagram fasa a,e, dan i adalah typical untuk sistem uap-cairan yang normal.



Untuk diagram fasa b, f, dan j adalah typical untuk minimum boiling homogeneous azeotrope.



Untuk diagram fasa c, g, dan k adalah typical untuk maximum boiling homogeneous azeotrope.



Untuk diagam fasa d, h, dan l adalah typical untuk minimum boiling heterogeneous azeotrope.

Gambar 5 : Diagram fasa Entalphy vs Konsentrasi

24 | P a g e



Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 25 dari 44

Gambar 6 : Diagram fasa (a)-(d) adalah komposisi vs tekanan pada temperatur konstan, Diagram fas (e)-(h) adalah komposisi vs temperatur pada tekanan tetap, Diagram (i)-(f) adalah komposisi vapor vs komposisi cairan pada tekanan konstan.

25 | P a g e



Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 26 dari 44

3.3. Pengaruh Tekanan Terhadap Kesetimbangan Fasa a. Pada sistem biner, ketika tekanan total meningkat maka boiling temperatur (temperatur didih) dari komponen murni (dari campuran biner tersebut) juga meningkat, serta boiling point campuran biner tersebut meningkat pula. b. Pada campuran biner, pada diagram fasa komposisi vs temperatur (plot

tx

diagram), ketika tekanan total meningkat, maka luasan area dua fasa menjadi semakin berkurang sampai akhirnya menghilang pada titik temperatur dan tekanan kritis campuran. Hal ini dapat dilihat pada gambar 7 dagram fasa campuran biner berikut : c. Kondisi pada point a dan b juga terjadi pada diagram fasa komposisi vs tekanan.

(a)

(b)

Gambar 7 : (a) diagram fasa biner pada berbagai tekanan, (b) diagram fasa biner pada berbagai temperatur

26 | P a g e



Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 27 dari 44

Sehinga bila disimpulkan bahwa ketika tekanan campuran biner meningkat, maka boiling point dari dua komponen campuran tersebut akan berkurang, meningkat, atau bahkan tetap konstan, karena hal ini bergantung dari karakteristik masing masing komponen dari campuran biner tersebut, asalkan temperatur kritis (atau tekanan kritis) dari salah satu komponen telah dilewati.

3.4. Mengkonstruksi Diagram Fasa Sistem Biner Pada sub bab ini, mengkonstruksi diagram fasa untuk sistem biner digunakan sistem biner liquid ideal. Berikut contoh soal sistem liquid biner Acetonitrile – Nitromethane dengan menggunakan hukum Roult’s dimana dari data literatur diketahui persaman Antoine masing masing komponen sebagai berikut :

Acetonitrile :

2945,47   () =14,2724− ( ) +224,00 Nitromethane :

2972,64   () =14,2043− ( ) +209,00 a. Membuat diagram fasa sistem biner acetonitrile – nitromethane plot P vs dan P vs





pada temperatur tetap 75 oC

1. Masukkan temperatur 75

oC

ke persamaan Antoine Acetronitrile dan

Nitromethane diatas sehingga diperoleh :

 = 83,21  ()  = 41,98  (ℎ) 2. Dari persamaan 26 diatas, ditulis kembali menjadi :

 =  +  27 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

3. Jika

 = 1 −  ,

4. Untuk komposisi

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 28 dari 44

maka persamaan 26 (pada langkah 2) menjadi :

 =  + ( −  )

 ,

dituliskan kembali dari persamaan 27 diatas

sebagai berikut :

      =   5. Kemudian buatlah tabulasi fraksi mol Acetronitrile ( acetronitile fasa liquid dan

 =

 =

fraksi mole

fraksi mole acetronitrile fasa uap)

sebagai berikut :



      =  

 =  + ( −  )

0,0

0,0

41,98

0,2

0,3313

50,23

0,4

0,5692

58,47

0,6

0,7483

66,72

0,8

0,8880

74,96

1,0

1,0

83,21

6. Selanjutnya dapat di plot

P vs

 dan P vs 

 untuk acetronitrile pada temperatur tetap 75

serta diagram fasa oC

 vs

sebagai berikut :

28 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 29 dari 44

Diagram Kesetimbagan Fasa Uap-Cairan 1 0,9 0,8 0,7 0,6 1

0,5

y

0,4 Garis Diagonal

0,3 0,2

Plot x dan y untuk komponen Acetonitrile

0,1 0 0

0,2

0,4

0,6

x1

0,8

1

Gambar 8 : Diagram Kesetimbangan Fasa Uap -Cairan AcetronitileNitromethane pada 75 oC dengan plot x1 vs y1

Gambar 9 : Diagram Kesetimbangan Fasa Uap -Cairan AcetronitileNitromethane pada 75 oC dengan Plot P vs x1 dan P vs y1

29 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

b.

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 30 dari 44

Membuat diagram fasa sistem biner acetonitrile – nitromethane plot t vs dan t vs





pada tekanan tetap 70 kPa

1. Masukkan tekanan tetap P = 70 kPa pada persamaan Antoine

 dan persamaan Antoine nitromethane  , sehingga  =  = 70 kPa. Maka didapatkan

Acetronitrile sebagai sebagai harga :

 = 69,84 C (Acetronitrile)  = 89,58 C (Nitromethane) o

o

2. Dari persamaan 26 didapatkan :

 =   +  

 = 1 −  , maka persamaan 26 menjadi :  =  + ( −  ) Dari langkah 3 kita dapatkan harga  sebagai berikut :   −     =  −   

3. Jika

4.

 dengan menggunakan persamaan 27

5. Kemudian kita hitung harga sebagai berikut :

      =   6. Buatlah tabulasi untuk menentukan harga dalam menentukan harga



harga t yang berkisar antara

dan



dan harga

. Dimana

 ini dengan cara memperkirakan

 = 69,84

dan

 = 89,58. Sehingga

bila dibuat tabulasi nampak sebagai berikut :

30 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 31 dari 44

  −     =   −    

      =  

0,0

0,0

...............

...........

88

0,1424

0,2401

86

...............

...........

84

0,3184

0,4742

82

..............

.............

80

0,5156

0,6759

78

.............

.............

76

0,7378

0,8484

74

..............

..............

72

.............

.............

70

1,0

1,0

7. Plot

t

vs

 dan

t vs



t (oC)

89,58 (

69,84 (

 )

 )

pada tekanan konstan 70 kPa sebagai berikut :

31 | P a g e



Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 32 dari 44

BAB IV KESETIMBANGAN UAP CAIRAN MULTIKOMPONEN

Sistem multi komponen disini didefinisikan sebagai suatu sistem yang tersusun atas lebih dari dua komponen aktual atau senyawa semu ( pseudo compound ) atau material yang properties fisiknya dapat ditentukan. Sistem multi komponen ditemukan akan bertingkah laku seperti halnya liquid atau gas ideal pada kondisi tekanan rendah dan pada normal distilling temperature. Sistem multi komponen yang terdiri atas campuran hidrokarbon, campuran dari beberapa isomer, atau campuran dari senyawa homolog akan bertingkah laku seperti gas/uap atau liquid ideal.

4.1. Sistem Multi Komponen Ideal Data Kesetimbangan uap-liquid multi komponen yang bertingkah laku ideal dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum Roult’s dan Dalton’s. Seperti halnya pada sistem biner, maka berlaku pula pada sistem multi komponen untuk Hukum Roult’s dan Dalton’s seperti pada persamaan 26 dan 27 sebagai berikut :

  =  =   ............................. (37)  = ∑   = ∑  .........................(38) Kombinasi dari persamaan 37 dan 38 akan menghasilkan persamaan komposisi fasa uap sebagai berikut :

 = ∑ .......................................(39) Untuk sistem 5 komponen dengan fasa yang berkesetimbangan, maka sesuai dengan hukum Fasa Gibbs, akan terdapat 5 derajad kebebasan, yaitu 4 variabel bebas komposisi dan temperatur atau tekanan. Jika komposisi liquid diketahui dan temperatur nya dipilih, maka komposisi uap dapat dihitung (jika 4 komposisi liquid diketahui, maka variabel yang ke lima bisa dihitung karena

∑  = 1) 32 | P a g e



Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 33 dari 44

 =  ..........................(40) Sedangkan tekanan total nya dapat dihitung dengan cara :

 =  +  +  +  + ..................(41) Jika temperatur dan komposisi uap diketahui, maka kesetimbangan komposisi cairan dapat dihitung dengan cara trial-error. Trial-error ini diselesaikan dengan cara mengasumsi tekanan total dengan cara :

∑   =  .....................(42) Perhitungan ini juga bisa dilakukan dengan prosedur perhitungan Dew Point Pressure Calculation (Dew P Calculation).

4.2. Bubble Point dan Dew Point Calculation Ideal Behavior Dalam perhitungan sistem multi komponen dalam penentuan temperatur, tekanan, dan komposisi digunakan perhitungan Dew Point dan Bubble Point. Perhitungan ini merupakan perhitungan trial-error dan berulang atau dikenal dengan perhitungan iterasi (untuk perhitungan DEW T dan BUBL T). Umumnya perhitungan ini menggunakan bantuan program komputer agar cepat dalam penyelesaiannya.

4.2.1. Prosedur Perhitungan Bubble Point Pressure (BUBL P Calculation) Bubble Point Pressure adalah tekanan dimana menyebabkan terjadinya gelembung uap pertama kalinya terbentuk bila suatu cairan dipanaskan pada temperatur konstan. Dalam perhitungan perhitungan Bubble Point Pressure (BUBL P Calculation) terdapat dua variabel yang diketahui terlebih dahulu yaitu komposisi cairan dan temperatur, sedangkan yang akan dicari adalah dua variabel yang akan dihitung yaitu komposisi uap dan tekanan total.

33 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 34 dari 44

Adapaun prosedur perhitungan BUBL P adalah sebagai berikut :

 ;  ; ) 2. Hitung tekanan uap masing masing komponen (  ;  ;  ) dengan 1. Diketahui temperatur ( t ) dan komposisi cairan (

menggunakan persamaan Antoine 3. Hitung

 dengan menggunakan modifikasi persamaan 38 berikut :  = ∑   =  +  +  ............(43) Dimana : k = komponen 1, 2, dan 3

4. Hitung komposisi uap dengan modifikasi persamaan 37 berikut :

      = 

......................(44)

Dimana : k = komponen 1, 2, dan 3

Untuk memahami prosedur BUBL P Calculation ini berikut contoh soal yang akan dibahas berikut ini :

Diketahui : Sistem multi komponen terdiri atas acetone, acetonitrile, dan nitromethane yang memiliki persamaan Antoine sebagai berikut :

Acetone

(1)

:

Acetonitrile

(2)

:

Nitromethane (3)

:

, ln =14,5463−  () , , ln =14,2724− ( ) , , ln =14,2043− () ,

 =0,25;  =0,35;  =0,4 Tentukan :  &  ,  ,  yaitu tekanan total dan komposisi uap t = 80 oC,

34 | P a g e



Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 35 dari 44

Penyelesaian : 1. Hitunglah tekanan uap komponen

 , , dengan memasukkan harga

t = 80 oC ke persamaan Antoine Acetone, Acetonitrile, dan Nitromethane.

Didapatkan :

 = 195,75   = 97,84   = 50,32   dengan modifikasi persamaan 38 dan masukkan 0,25;  =0,35;  =0,4 serta harga  , , diatas :  =   =  +  + 

2. Hitung

harga

 =



k =

komponen 1, 2, dan 3

 = (0,25)(195,75)+(0,35)(97,84)+(0,40)(50,32) = 103,31 kPa 3. Hitung komposisi uap dengan modifikasi persamaan 37 :

      = 

dan k = komponen 1, 2, dan 3

Sehingga didapatkan harga masing masing komposisi uap adalah :

 =0,4737  =0,3315  =0,1948 4.2.2. Prosedur Perhitungan Dew Point Pressure (DEW P Calculation) Dew Point Pressure adalah tetesan liquid pertama terbentuk pertama kalinya saat tekanan uap campuran meningkat pada temperatur konstan. Dalam perhitungan perhitungan Dew Point Pressure (DEW P Calculation) terdapat dua variabel yang diketahui terlebih dahulu yaitu komposisi uap dan temperatur,

35 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 36 dari 44

sedangkan yang akan dicari adalah dua variabel yang akan dihitung yaitu komposisi cairan dan tekanan total. Adapun prosedur perhitungan DEW P adalah sebagai berikut :

 ;  ; ) 2. Hitung tekanan uap masing masing komponen (  ;  ;  ) dengan 1. Diketahui temperatur ( t ) dan komposisi cairan (

menggunakan persamaan Antoine

 yaitu  ;  ;  Hitung  dengan

3. Dengan data

menggunakan

persamaan (46) berikut :

1 =  ∑  ..................(45)  = ∑⁄..................(46) Dimana : k = komponen 1, 2, dan 3 4. Hitung komposisi liquid dengan persamaan 47 yang dimodifikasi dari persamaan 37 berikut :

  =  =   ........(37)  = ..............(47) Dimana : k = komponen 1, 2, dan 3

Untuk memahami prosedur DEW P Calculation ini berikut contoh soal yang akan dibahas :

Diketahui :

, ln =14,5463−  () , , ln =14,2724− (), Acetonitrile (2) : , ln =14,2043− (), Nitromethane (3) : t = 70 C,  =0,50;  =0,30;  =0,20 Tentukan :  dan  ,  ,   yaitu tekanan total dan komposisi cairan Acetone

(1)

:

o

36 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 37 dari 44

Penyelesaian : 1. Hitunglah tekanan uap masing –masing komponen dengan memasukkan harga t = 70 oC ke dalam persamaan Antoine masing masing komponen (Aceton, Acetonitrile, dan Nitromethan), sehingga didapatkan tekanan uap masing-masing komponen sebagai berikut :

 = 144,77   = 70,37   = 43,80 

2. Dengan harga

 yang sudah diketahui yaitu  =0,50;  =0,30;  =

0,20 maka dapat dihitung tekanan total dengan menggunakan persamaan 46 berikut :

 = ∑(1⁄ )   =  +  1 +      = ,,,,,, = 74,27  3. Hitung komposisi cairan dengan persamaan 47 :

 =  

Sehingga didapatkan harga masing masing komposisi uap adalah :

 =0,2565  =0,3166  =0,4269 4.2.3. Prosedur

Perhitungan

Bubble

Point

Temperature

(BUBL

T

Calculation) Bubble Point Temperature adalah temperatur dimana gelembung uap pertama kali terbentuk akibat pemanasan cairan pada tekanan tetap. Dalam

37 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 38 dari 44

perhitungan perhitungan Bubble Point Temperature (BUBL T Calculation) terdapat dua variabel yang diketahui terlebih dahulu yaitu komposisi cairan dan tekanan, sedangkan yang akan dicari adalah dua variabel yang akan dihitung yaitu komposisi uap dan temperatur. Pada perhitungan BUBL T ini diperlukan perhitungan trial-error dan iterasi (berulang).

Adapun prosedur perhitungan BUBL T adalah sebagai berikut :

 ;  ; ) 2. Hitung temperatur masing masing komponen (  , , ) pada tekanan uap total  dengan menggunakan persamaan Antoine 1. Diketahui



dan komposisi cairan (

3. Mulailah prosedur perhitungan iterasi (berulang) dengan langkah-langkah sebagai berikut : 3.1 . Hitung temperatur awal dengan menggunakan persamaan berikut :

 = ∑  .......................................................(48)  =  +  +  .................................(48a) 3.2. Hitung relative volatility  masing masing komponen

dengan

menggunakan persamaan Antoine berikut ini :

ln =  −  −  +  .................(49) Dimana : k = i

komponen hidrokarbon 1, 2, 3

= salah satu dari komponen k yang dipilih sebagai pembanding

misal yang dipilih adalah komponen no. 3 maka persamaan 49 menjadi :

ln =  −  −  + +  + ln =  −  −  + +  + ln =  −  −  + +  + 38 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 39 dari 44

3.3. Hitung tekanan uap dari salah satu komponen yang terpilih (salah satu dari komponen

k

yang dipilih sebagai pembanding pada

langkah 3.2 diatas) dengan menggunakan persamaan berikut :

 =

 ................................(50) ∑  

Misal komponen yang telah dipilih dari langkah 3.2 adalah komponen No. 3 maka persamaan 50 menjadi persamaan 50b berikut :

 = ∑ .............................(50a)  = ..............(50b) 3.4. Gunakan harga

 pada langkah 3.3 untuk mencari harga

t

dengan menggunakan persamaan Antoine berikut ini (persamaan 51) :

   () =  −  +() 

Atau

  =   −  ........................(51)  Misal dari 3 komponen tersebut yang terpilih dari langkah 3.2 adalah komponen No. 3, maka persamaan 51 ditulis sebagai berikut :

  =  −  −    3.5. Bandingkan harga harga 

t

t

yang dihitung dari langkah 3.4 dengan

yang dihitung dari langkah 3.1

Jika

harga

t

tersebut

berbeda

jauh

maka

ulangi

perhitungan tersebut, dan jadikan harga t pada langkah 3.4 sebagai harga

t

baru dan langsung dijalankan

prosedur No. 3.2 – 3.4

39 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS



Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 40 dari 44

Jika harga t tersebut hampir sama atau bahkan sama, maka lanjutkan perhitungan tersebut ke langkah 4.

4. Hitung tekanan uap masing masing komponen (

 ;  ;  ) dengan

menggunakan persamaan Antoine dan dengan menggunakan harga

t

hasil iterasi dari langkah 3.1 - 3.4 diatas. 5. Hitung komposisi uap masing masing komponen

 ;  ;  dengan

persamaan 44 berikut :

      =  Sehingga dihasilkan komposisi uap masing masing komponen uap sebagai berikut :

      =        =        =  4.2.4. Prosedur Perhitungan Dew Point Temperature (DEW T Calculation) Dew Point Temperature adalah temperatur dimana tetesan cairan pertama kali terbentuk akibat pendinginan uap campuran pada tekanan tetap. Dalam perhitungan perhitungan Dew Point Temperature (DEW T Calculation) terdapat dua variabel yang diketahui terlebih dahulu yaitu komposisi uap dan tekanan, sedangkan yang akan dicari adalah dua variabel yang akan dihitung yaitu komposisi cairan dan temperatur. Pada perhitungan DEW T ini diperlukan perhitungan trial-error dan iterasi (berulang). Prosedur perhitungan DEW T ini mirip dengan prosedur perhitungan BUBL T. Perbedaannya adalah persamaan persamaan yang digunakan pada DEW T dan BUBL T berbeda.

40 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 41 dari 44

Adapun langkah perhitungan DEW T ini adalah sebagai berikut : 1. Diketahui



dan komposisi uap (

 ;  ; )

2. Hitung temperatur masing masing komponen ( uap total

 ,  ,  ) pada tekanan

 dengan menggunakan persamaan Antoine

3. Mulailah prosedur perhitungan iterasi (berulang) dengan langkah-langkah sebagai berikut : 3.1 Hitung temperatur awal dengan menggunakan persamaan berikut :

3.2 Hitung

 = ∑   ...................................(52)  =  +  +  .............(52a) relative volatility  masing masing komponen

dengan

menggunakan persamaan Antoine berikut ini :

  .................(49) ln =   −  −  +    Dimana : k = i

komponen hidrokarbon 1, 2, 3

= salah satu dari komponen k yang dipilih sebagai pembanding

misal yang dipilih adalah komponen no. 3 maka persamaan 49 menjadi :

ln  =  −  −  + +  +   ln  =  −  −  + +  +   ln  =  −  −  + +  + 



3.3 Hitung tekanan uap dari salah satu komponen yang terpilih (salah satu dari komponen

k

yang dipilih sebagai pembanding pada

langkah 3.2 diatas) dengan menggunakan persamaan berikut :

 =   .................(53) Misal komponen yang telah dipilih dari langkah 3.2 adalah komponen No. 3 maka persamaan 53 menjadi persamaan 53a berikut : 41 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 42 dari 44

 =   +  +  ..........(53a) 3.4 Gunakan harga

 pada langkah 3.3 untuk mencari harga t

dengan menggunakan persamaan Antoine berikut ini (persamaan 51) :

   () =  −  +() Atau

 −  .........(51)  =    Misal dari 3 komponen tersebut yang terpilih dari langkah 3.2 adalah komponen No. 3, maka persamaan 51 ditulis sebagai berikut :

 −   =  −   

3.5 Bandingkan harga t yang dihitung dari langkah 3.4 dengan harga t yang dihitung dari langkah 3.1 

Jika

harga

t tersebut

berbeda

jauh

maka

ulangi

perhitungan tersebut, dan jadikan harga t pada langkah 3.4 sebagai harga t baru dan langsung dijalankan prosedur No. 3.2 – 3.4 

Jika harga t tersebut hampir sama atau bahkan sama, maka lanjutkan perhitungan tersebut ke langkah 4.

4. Hitung tekanan uap masing masing komponen (

 ;  ;  ) dengan

menggunakan persamaan Antoine dan dengan menggunakan harga t hasil iterasi dari langkah 3.1 - 3.4 diatas. 5. Hitung komposisi uap masing masing komponen

 ;  ;  dengan

persamaan 54 berikut :

 = .................(54) 42 | P a g e


PUSDIKLAT MIGAS

Dokumen

: FR-BA-01

Tanggal

: 11/04/2016

Revisi

:0

Halaman

: 43 dari 44

Sehingga dihasilkan komposisi uap masing masing komponen cairan sebagai berikut :

 =   =   =  Latihan Suatu feed akan diumpankan ke dalam kolom distilasi. Feed tersebut memiliki temperatur 80 oC dan memiliki komposisi fasa cair berikut : Acetone

: 0,25% mole

Acetonitrile

: 0,35% mole

Nitromethane

: 0,40% mole

Berapa tekanan bejana feed tersebut ? Bagimana komposisi fasa uap dari feed tersebut ?

43 | P a g e

kesetimbangan uap-cairan

Recommend Documents