ASSIGNMENT 3

PERPINDAHAN MASSA

Oleh:

Rayhan Hafidz I.
1306409362

PROGRAM S1 TEKNIK KIMIA

Calculate the problem in assigment 2 using batch distillation method + Hysis

Jawab:
1. Contoh soal:
A liquid mixture containing 60% mole of ethanol and 40% mole of propanol at 100oc
(373.15 K) is flash vaporized at 1 atm to vaporize 60% of the feed. Calculate the
composition of the vapor and liquid products.

Jawaban no. 1
-

Basis untuk feed ditentukan:

Feed =

100 mol

60% x 100 mol

60 mol

100 mol 60 mol

40 mol

0,6

xf

Membuat neraca mol

Neraca mol total:

Neraca mol komponen A:

Mengintegralkan persamaan neraca mol diatas menjadi persamaan Rayleigh

Langkah selanjutnya adalah mensubtitusi persamaan neraca mol total ke dalam neraca mol
komponen A. Subtitusi tersebut menghasilkan persamaan baru, yaitu:

Persamaan hasil subtitusi tersebut diubah dan diintegral menjadi persamaan Reyleigh,
dengan bentuk:

Persamaan Rayleigh tersebut digunakan dalam perhitungan komposisi liquid dan cair
masing-masing komponen. Sebagai langkah awal, kita memasukan dulu nilai F dan W,
sehingga persamaan Rayleigh tersebut menjadi:

Mencari data parameter Antoine dan titik didih pada 1 atm dari setiap komponen zat

Komponen
Ethanol
Propanol

Titik Didih (1
atm)

Parameter Antoine
A

8,2133

1652,05

231,48

97 C

7,6192

1375,14

193,01

78,37 C
o

(Pvp in mmHg, T in oC)

Mencari grafik hubungan x dan y*

Kita harus menentukan nilai tekanan masing-masing komponen di setiap tem[eratur dengan
data diatas menggunakan rumus persamaan Antoine, yaitu:

Lalu kita dapat mencari nilai dari x dan y* pada setiap nilai temperatur (T) dengan
menggunakan rumus:

,
( Ptotal = PA* + PB* = x PA + (1 - x) PB )
Komposisi akhir dapat ditentukan dengan mencari luas dibawah kurva hubungan antara x
dengan 1/(y*-x) yang nilainya harus sama dengan 0,916. Karena itu kita memerlukan grafik
hubungan x dengan 1/(y*-x), dengan menggunakan data-data dari masing-masing
komponen yang telah diolah.
Setelah proses perhitungan didapatkan data:

T (oC)
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96

P Ethanol
(mmHg)
780,45047
811,76096
844,11504
877,5398
912,06282
947,71214
984,51628
1022,5043
1061,7056
1102,1502
1143,8686
1186,8918
1231,2511
1276,9787
1324,1068
1372,6686
1422,6974
1474,2273

P Propanol
(mmHg)
366,2048556
382,1568485
398,67962
415,7887545
433,5001085
451,8298112
470,7942656
490,4101492
510,6944152
531,6642925
553,3372871
575,7311822
598,8640388
622,7541962
647,4202724
672,8811644
699,1560482
726,2643794

y*

1/(y*-x)

0,95063201
0,87951474
0,81116221
0,74544768
0,68225101
0,6214583
0,56296154
0,50665821
0,45245107
0,40024777
0,34996064
0,30150639
0,2548059
0,20978397
0,16636909
0,12449328
0,08409188
0,04510333

0,976212107
0,939415439
0,900939765
0,86073685
0,818757601
0,774952075
0,72926947
0,681658133
0,632065552
0,580438362
0,526722346
0,470862433
0,412802702
0,352486381
0,289855854
0,224852659
0,157417494
0,087490218

0,950632007
0,879514742
0,81116221
0,745447675
0,682251007
0,621458304
0,562961537
0,506658214
0,45245107
0,400247771
0,349960639
0,301506392
0,254805903
0,209783967
0,16636909
0,124493283
0,084091876
0,045103334

39,09288889
16,69429661
11,13864147
8,673841254
7,325653419
6,514922356
6,012942234
5,714288353
5,567479797
5,54967932
5,657333891
5,904719977
6,329242158
7,007589937
8,09803388
9,96419109
13,63779844
23,5922038

Membuat grafik

Dengan data-data diatas, kita dapat membuat grafik x dengan 1/(y*-x)

Grafik x terhadap 1/(y*-x)

y = 77,968x3 - 11,622x2 - 45,687x + 18,989

25
20
15
10
5
0
0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Gambar 1. Grafik x terhadap 1/(y*-x)

Mencari nilai xw dengan menggunakan goal-seek

Terdapat cara lain untuk menghitung xw dengan hasil yangf lebih akurat, yaitu dengan
menggunakan goal-seek di Ms. Excel. Hasil yang didapatkan adalah:
xw
0,382306

xf
0,6

f(xw)
f(xf)
Luas
4,180556 4,233968 0,915895

xw = 0,382

Menghitung nilai yD

Untuk menghitung yD digunakan hasil xw hasil goal-seek. Persamaan yang digunakan

Komponen
xW
yD
Ethanol
0,382
0,745
Propanol
0,618
0,255
Komposisi diatas inilah yang akan dihasilkan jika ingin menghasilkan distilat sebesar 60%,

Membandingkannya dengan hasil perhitungan menggunakan hysys

Pada hysys, kita mengasumsikan proses Batch Distilation ini menggunakan Tank. Hasil
perhitungan dengan hysis didapatkan:.

Pada hysys didapatkan hasil:

xW
0,3448
0,6552

yD
0,6000
0,4000

xW
Manual
0,382
0,618

yD
Hysys
0,3448
0,6552

Manual
0,745
0,255

Hysys
0,6000
0,4000

Dari hsil yang didapatkan terlihat perbedaan hasil antara perhitungan biasa dengan
perhitungan hysys. Hal ini disebabkan hysys tidak dapat digunakan untuk penyelesaian
perhitungan proses distilasi batch. Hysys pada umumnya digunakan untuk penyelesaian
suatu proses yang continuous sehingga untuk kasus batch perhtungan sulit dilakukan.
Selain itu, terlihat dari hasil perhitungan hysys adalah komposisi di distilat didominasi oleh
zat ethanol dibandingkan propanol. Hal ini karena ethanol bersifat lebih volatile/mudah
menguap dibandingkan propanol.

2. Contoh soal:
A solution mixture containing 50% mole of ethanol, 20% mole of pentanol, and 30%
mole of propanol will be flashed at 1 atm and 100oC (373,15 K) to vaporize 60% of the
feed. Calculate the amount of vapor-liquid product and their composition.
-

Menentukan basis untuk feed ditentukan:

Feed =

100 mol

60% x 100 mol

60 mol

100 mol 60 mol

40 mol

Mencari data parameter Antoine dan titik didih pada 1 atm dari setiap komponen zat

Komponen

Parameter Antoine

Titik Didih
(1 atm)
o

Ethanol

78,37 C

8,2133

1652,05

231,48

Pentanol

138 oC

7,1776

1314,56

168,16

Propanol

97 oC

7,6192

1375,14

193,01
(P in mmHg, T in oC)

Untuk mencari nilai temperatur dan komposisi uap ini dapat digunakan bantuan goal-seek di
Ms. Excel. Nilai temperatur yang didapatkan sebesar 88,97C.
Komponen
Ethanol
Pentanol
Propanol

A
8,2133
7,1776
7,6192

B
1652,05
1314,56
1375,14

C
231,48
168,16
193,01

P
1142,783
116,2127
552,7729

m
1,503662
0,152911
0,727333

xf
0,5
0,2
0,3

Nilai temperatur diatas dapat dijadikan sebagai temperatur bubble point dan dapat

y
0,751831
0,030582
0,2182
1,000613
dijadikan

acuan dalam menentukan T operasi, yang harus berada di atas temperatur bubble pointnya.

Menurunkan persamaan untuk perhitungan batch distillation.

Diketahui persamaan yaitu:

)(

Persamaan di atas disibutitusikan ke dalam:

Hasil subtitusi diatas mendapatkan persamaan:

Salah satu komponen, sebagai komponen B dijadikan sebagai basis acuan.

(
-

Menentukan basis perhitungan dan membuat persamaan log diferensial untuk

Propanol sebagai komponen C dijadikan sebagai basis. Kita dapat memilih basis komponen
secara bebas, tetapi akan lebih baik jika kita memilih basis berupa zat yang mempunyai titik
didih di antara zat yang paling volatile dan kurang volatile.
Rumus yang berlaku untuk semua komponen adalah:

Persamaan log diferensial yang dipakai adalah:

Dari persamaan diatas kita masih belum mengethaui 3 parameternya yaitu

, dan

. Untuk itu kita memodifikasi persamaan menjadi:

Selanjutnya dilakukan penghitungan dengan penggunaan goal-Seek pada Ms. excel. Nilai
yang diubah adalah nilai Xcw, karena komponen C adalah basisnya. Perubahan nilai Xcw
akan pula mengubah nilai Xaw dan Xbw dan dilakukan agar tercapai persamaan bersyarat:

Didapatkan nilai serta Xaw, Xbw, Xcw sebagai berikut:

P (mmHg)
1142,783
116,2127
552,7729

2,067365
0,210236
1

xf

x jw
0,5 0,239813
0,2 0,42272
0,3 0,337462

0,999995

Menghitung nilai yD masing-masing komponen (A, B, dan C).

Mengumpulkan fraksi-fraksi semua komponen di D dan W.

Pentanol

Propanol

0,6735

0,0515

0,275

0,2398

0,4227

0,3375

Membandingkannya dengan hasil perhitungan menggunakan hysys

Pada hysys didapatkan hasil:

xW
0,2609
0,4620
0,2771

yD
0,5828
0,1093
0,3079

Tabel perbandingan:
Komponen
Ethanol
Pentanol
Propanol

xW
Manual
0,2398
0,4227
0,3375

yD
Hysys
0,2609
0,4620
0,2771

Manual
0,6735
0,0515
0,275

Hysys
0,5828
0,1093
0,3079

Dari hasil yang didapatkan terlihat perbedaan hasil antara perhitungan biasa dengan
perhitungan hysys. Hal ini disebabkan hysys tidak dapat digunakan untuk penyelesaian
perhitungan proses distilasi batch. Hysys pada umumnya digunakan untuk penyelesaian
suatu proses yang continuous sehingga untuk kasus batch perhtungan sulit dilakukan.
Selain itu, terlihat dari hasil perhitungan hysys adalah komposisi di distilat didominasi oleh
zat ethanol. Hal ini karena ethanol bersifat lebih volatile/mudah menguap dibandingkan
propanol. Selanjutnya, zat kedua terbanyak di distilat adalah propanol, yang merupakan zat
yang volatilnya berada ditengah-tengah. Pentanol yang merupakan volatiltas terendah
memiliki nilai distilat terendah.