Shortcut Distillation

Perhitungan jumlah stage  destilasi mutikomponen dapat dilakukan dengan menggunakan metode “shortcut”. Metode ini dapat disebut juga sebagai “cara cepat” untuk menghitung jumlah theoritical stage serta minimum refluks. Metode lainnya adalah plate to plate calculation ( atau stage by stage ) yang dapat dilakukan dengan menggunakan grafik atau hand calculation ( manual )⁶. Metode shorcut berguna sebagai perhitungan awal pada saat mendesain kolom destilasi yang membutuhkan data mengenai jumlah theoritical stage. Apabila kita membutuhkan profil temperature, konsentrasi, liquid dan vapor flow untuk masing – masing stage maka dapat menggunakan metode rigorous. Metode rigourus ini secara umum melibatkan perhitungan  mass balance, heat balance dan kesetimbangan uap cair. Metode rigourus sendiri telah diperkenalkan pada tahun 1930-an. Sebelum tahun 1950-an perhitungan destilasi dilakukan dengan cara manual yaitu dengan menggunakan metode Shortcurt. Metode rigourus menjadi kurang populer karena disaat itu perkembangan komputer belum terlalu maju , komputasi dengan komputer lambat dan ukuran komputer pada waktu itu cukup besar , dilain pihak jika  perhitungan dilakukan secara manual akan  sangat menjemukan dikarenakan membutuhkan perhitungan trial dan error pada kesuluruhan stage yang ada. Namun seiring dengan perkembangan komputer yang semakin baik , dimana komputer  mampu melakukan komputasi dengan kecepatan yang tinggi, metode rigorous menjadi pilihan yang utama dari pada metode shortcut karena memiliki tingkat keakuratan yang tinggi serta dapat diterapkan untuk destilasi kompleks ( seperti pada fraksionasi )⁵.

Pada umumnya software – software simulasi proses  menyediakan kedua metode perhitungan tersebut ( shortcut dan rigorous ). Metode shortcut umumnya meliputi perhitungan – perhitungan seperti :

• Minimum Stage
• Feed plate location 
• Minimum reflux
• Actual Stage
• Dan beberapa kalkulasi tambahan lainnya seperti : beban ( duty ) reboiler beserta Condenser dan lain – lain.

Komponen Kunci ( Key Component )

Sedikit berbeda dengan binary destilasi ( dua komponen ) yang hanya memiliki dua komponen light key ( komponen ringan ) dan heavy key ( komponen berat ) , pada mutikomponen destilasi memperkenalkan konsep komponen kunci ( key component ) ,  non kunci ( non keys komponen ) serta intermediate keys.  Komponen kunci ini memainkan peranan penting dalam penentuan jumlah theoritical stage yang dibutuhkan untuk suatu proses pemisahan. Konsep ini memperkenalkan istilah “light key” dan “heavy key”. Light key ( LK ) adalah komponen yang dijaga atau terdapat pada bottom produk sedangkan heavy key ( HK ) adalah komponen yang terdapat atau dijaga pada destilat. Komponen yang lebih ringan dari light key disebut dengan lighter than light key atau light nonkeys, komponen yang lebih berat dari heavy key disebut dengan haviest than heavy key atau heavy nonkeys. Komponen Lightest dan haviest  disebut juga sebagai komponen non key.

Baik LK dan HK yang muncul pada bottom produk serta destilat dapat dikatakan sebagai impurites, oleh karena itu umumya nilai LK dan HK dibuat cukup kecil atau baik komponen LK yang masing – masing berada pada destilat dan bottom produk nilainya  dibuat semaksimal mungkin.

Komponen non key yang terdapat pada baik pada destilat maupun bottom produk disebut dengan distributed component ( komponen terdistribusi ), sementara non distributed component hanya terdapat pada salah satu bagian saja. Idealnya komponen yang lebih ringan ( lighter than light key ) dari pada LK tidak terdapat pada bottom produk, demikian juga sebaliknya komponen yang lebih berat dari pada HK tidak terdapat pada destilat.

Umumnya komponen LK dan HK berdekatan (jika nilai relative volatilitasnya disusun secara berurutan ), namun begitu terkadang terdapat komponen lain yang terletak diantara komponen LK dan HK ( nilai relative volatilitasnya terletak diantara nilai relative volatilitas komponen LK dan HK ) . Komponen lain tersebut disebut dengan Intermediate Keys atau distributed keys. Intermediate keys ini akan terbagi ( split ) baik pada destilat dan bottom produk.   Disarankan untuk mengurutkan komponen yang akan dipisahkah berdasarkan volatilitas apabila kita ingin melakukan perhitungan destilasi.

Misalkan sebuah campuran terdiri dari 5 komponen, A, B, C, D, E. jika komponen kunci adalah C dan D, maka :

Komponen	Destilat	Bottom
		Produk
A	A
B	B
C (LK)	C	C
D (HK)	D	D
E		E

Jika B adalah LK dan C adalah HK, maka :

Komponen	Destilat	Bottom
		Produk
A	A
B (LK)	B	B
C (HK)	C	C
D		D
E		E

 Minimum Stage

Perhitungan minimum stage menggunakan persamaan fenske yang diturunkan dari destilasi dua komponen pada total reflux ( tidak ada destilat yang diambil )⁶ :

 

Dimana :

x_LK                    = kosentrasi komponen ringan

x_HK                   = kosentrasi komponen berat

α_LK                   = relative volatilitas light key terhadap heavy key

subcript d,b     = masing – masing d untuk destilat dan b untuk bottom produk

α_LK       = K_LK/K_HK

 Dimana :

K_LK      = konstanta kesetimbangan light key

K_HK      = konstanta kesetimbangan heavy key

Nilai α_LK  dapat dievaluasi dengan beberapa cara yaitu⁵ :

1. α_LK dihitung pada T_av = (T_bottom + T_destilat)/2
2. αLK = (α_bottom + α_destilat )/2
3. α_LK = α  pada temperature feed
4. α_LK =
5. α_LK =

Cara 1 direkomendasikan oleh Maddox, cara 2 direkomendasikan oleh Van Winkle, cara 4 dan 5 direkomendasikan oleh Fair, cara 3 dan 4 digunakan oleh King.

Metode atau persamaan lainnya untuk menghitung minimum stage adalah metode Winn. Dengan metode Winn ini,  variasi dari relative volatilitas pada kolom dapat diakomodasi. Persamaan Winn merupakan modifikasi dari persamaan Fenske⁵ :

β_LK/_HK = K_LK/(K_HK)^θLK

Feed Plate Location

Penentuan lokasi feed dapat dihitung dengan persamaan Kirkbride6 :

Dimana :

Nr        = jumlah stage diatas feed termasuk partial condenser

Ns        = jumlah stage dibawah feed termasuk reboiler

B          = laju alir molar bottom produk

D          = laju alir molar destilas ( top )

x_f,HK     = konsentrasi heavy key pada feed

x_f,LK     = konsentrasi light key pada feed

x_b,LK    = konsentrasi light key pada bottom produk

x_d,HK    = konsentrasi heavy key pada destilat

Minimum Rasio Reflux ( RM )

Metode yang  populer digunakan untuk menghitung Rm adalah  metode Underwood. Metode ini terdiri dari dua persamaan. Persamaan pertama berhubungan dengan fraksi feed , kondisi umpan serta relative volatilitas masing – masing komponen ( terhadap heavy key ) , pada persamaan pertama ini sebuah nilai θ akan ditebak diantara nilai relative volatilitas komponen LK dan HK. Persamaan kedua berhubungan dengan konsentrasi pada destilat dan relative volatilitas masing – masing komponen. Nilai   θ yang didapat dari hasil tebakan pada persamaan pertama  digunakan pada persamaan kedua untuk menghitung nilai rasio refluks minimum ( Rm ).

Persamaan yang diajukan oleh Underwood ini berlaku untuk kondisi  dimana tidak terdapat distributed key atau intermediate key⁵.

Persamaan lainnya untuk menghitung rasio refluk minimum adalah⁵ :

• Persamaan Brown – Martin, metode ini cocok untuk sistem hidrokarbon dengan kondisi dimana tingkat keakuratan tidak terlalu dibutuhkan.
• Persamaan Colburn, persamaan Colburn ini mengasumsikan laju alir liquid dan vapor serta nilai relative volatilitas pada tiap – tiap zona sepanjang kolom konstan. Metode ini melibatkan key komponen yang dibentuk menjadi sistem dua komponen. Pembahasan lebih lanjut metode ini dapat ditemui pada literatur [7]

Nilai rasio reflux optimum yang disarankan adalah 1.2 sampai 1.5 kali Rm⁶

Jumlah Stage

Setelah nilai rasio refluk diketahui , maka jumlah stage yang dibutuhkan untuk suatu pemisahan dapat ditentukan. Terdapat dua korelasi  atau persamaan yang sering digunakan  untuk menghitung jumlah stage yang dihubungankan  dengan nilai Rm yaitu :

Gilland

Korelasi yang diajukan oleh Gilland  memberikan hasil yang cukup memuaskan dan mudah untuk digunakan. Persamaan Gilland yang menghubungkan jumlah stage (actual stage) , minimum stage , Rasio refluk dan Rm   dapat ditampilkan oleh sebuah grafik maupun persamaan.

Gambar 1

Korelasi Gilland

Sumbu y dan x dapat dijabarkan sebagai berikut :

Sumbu y  =

Sumbu x =

Eldujee’s mencocokkan ( curve fitting ) kurva Gilland menjadi sebuah persamaan yaitu :

Y = 0.75 ( 1 – X^0.5568)

Edbar Maddox

Korelasi Edbar  Maddox memberikan keakuratan hasil yang lebih dari pada korelasi Gilland,  khususnya untuk penggunaan rasio refluk yang rendah. Hubungan antara N,Nm,R dan Rm dapat dijabarkan pada grafik sebagai berikut :

Gambar 2

Korelasi Edbar-Maddox

Korelasi Edbar Maddox ini gunakan bersama – bersama dengan metode Winn ( minimum stage ), dan metode Underwood ( minimum Rasio Reflux ), namun tidak tertutup kemungkinan untuk perhitungan minimum stage menggunakan metode Fenske.⁵

Sumber :

1. Bruce A.Finlayson, Introduction to Chemical Engineering Computing, 2006, John Wiley & Sons
2. Fouad M. Khoury, Multistage Separation Process 3rd Ed, 2005, CRC Press
3. Warren L.McCabe dkk, Operasi Teknik Kimia Jilid 2 Edisi Keempat, terjemahan, 1999, Erlangga
4. Henry Z.Kitzer, Distillation Design,1992, McGraw-Hill
5. R.K.Sinnott, Chemical Engineering Design 4th Ed Vol.6, 2005, Elsevier
6. J.F.Richadson, J.H.Harker, dan J.R.Backhurst, Chemical Engineering Vol.2 5th Ed Particle Technology & Separation Process, 2002, Butterworth Heinemann

take from http://blog.unsri.ac.id/Chemeng%20Sai/separation/shortcut-distillation-/mrdetail/8217/

Cara baca Ternary Diagram

Seperti pada kebanyakan persoalan yang melibatkan operasi stage seimbang ( destilasi, stripping, absorpsi ) dimana kita sering diminta untuk menghitung atau menentukan jumlah stage yang dibutuhkan untuk suatu proses pemisahan dengan kemurnian tertentu begitu juga dengan proses stage seimbang lainnya yaitu ekstraksi, hanya saja perbedaannya adalah jika pada simpe absorpsi, destilasi maupun stripping menggunakan binary diagram ( diagram dengan dua buah sumbu, umumnya sumbu x dan y ) maka pada ekstraksi menggunakan ternary diagram sebagai sebuah “alat bantu” untuk menghitung jumlah stage yang dibutuhkan.

Jika pada diagram dua dimensi atau binary hanya terdapat dua buah sumbu maka pada diagram ternary terdapat tiga buah sumbu yang masing – masing sumbu mewakili komposisi dari masing – masing senyawa. Agar persoalan penentuan jumlah stage dapat diselesaikan maka perlu bagi kita untuk mengetahui terlebih dahulu bagaimana cara membaca atau menentukan  komposisi suatu senyawa pada diagram ternary tersebut. Sebuah diagram ternary dapat digambarkan sebagai berikut :

Seperti yang terlihat pada gambar diatas bahwa ternary diagram memiliki tiga buah axis atau sumbu A,B dan C, posisi atau letak sumbu A bisa saja terletak pada bagian atas maupun pada bagian sisi kiri maupun kanan, namun cara pembacaan dari skala masing – masing axis tetaplah sama.

Jika merujuk kepada gambat diatas, maka untuk Axis A nilai terendah atau 0 % berada pada bagian bawah ( bottom ) sedangkan nilai tertinggi atau 100 % berada pada puncak ( top ). Dari bawah ke atas nilai A akan semakin besar. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Cara termudah untuk menentukan nilai tertinggi dari axis A adalah dengan menentukan dimana letak dari posisi Axis A tersebut, pada gambar di atas posisi axis A berada pada bagian atas maka nilai pada bagian atas tersebut adalah 100%.

untuk Axis B nilai tertinggi, terendah dan distribusi nilainya dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Posisi dimana ditempatkannya axis B merupakan nilai tertinggi sedangkan sisi yang berhadapan dengan axis B adalah nilai terendah.

Sementara untuk axis C nilai terendah dan distribusi nilainya dapat dilihat seperti gambar dibawah ini :

Posisi dimana axis C berada merupakan nilai tertinggi sedangkan sisi dimana posisi axis C berada merupakan nilai terendah.

Pada persoalan ekstraksi seringkali ditemui bahwa komposisi suatu campuran tidak terletak pada bagian tertinggi maupun terendah, misalkan komposisi kesetimbangan liquid – liquid sistem Kloroform  - air  - asam asetat sebesar 40% - 40 %  - 20%. Untuk dapat menentukan letak data kesetimbangan liquid – liquid tersebut pada diagram ternary kita tetap berpegangan pada prinsip cara pembacaan diagram ternary seperti yang telah dibahas diatas.

Contoh :

Misalkan kita memiliki data kesetimbangan cair – cair ( liquid- liquid Equilibrium, LLE ) sistem Kloroform ( A )  - air  ( B ) - asam asetat ( C ) sebesar 40% - 40 %  - 20%, diminta untuk menentukan komposisi campuran tersebut pada diagram ternary

Jawab :

Tahap pertama kita tentunkan terlebih dahulu komposisi ( A ) pada diagram ternary

Selanjutnya tentukan komposisi B pada digram ternary tersebut yaitu sebagai berikut :

Garis komposisi B ditunjukkan dengan garis warna merah. Dari kedua komposisi A dan B sebenarnya kita telah dapat menentukan letak dari campuran tersebut pada diagram ternary tanpa harus menentukan letak komposisi C, atau dengan kata lain setidaknya dengan menentukan dua dari tiga komposisi suatu campuran kita telah dapat menentukan letak campuran tersebut pada diagram ternary. Namun begitu tidak ada salahnya bagi kita untuk menentukan letak komposisi C sebagai berikut :

Perpotongan antara ketiga garis tersebut merupakan posisi atau letak campuran pada diagram ternary. Disamping dengan cara manual, kita dapat pula menentukan letak komposisi suatu senyawa dengan menggunakan software seperti Triplot keluaran dari Todd Thomson Software. Dengan software ini pekerjaan plotting data pada diagram ternary menjadi lebih mudah, disamping itu terdapat beberapa fitur lain seperti dapat menampilkan perhitungan statistik data yang kita input berdasarkan masing – masing sumbu, perhitungan statistik tersebut antara lain seperti range data, mean, standar deviasi, dan error standar. Kita juga dapat mengatur label axis, warna huruf, grid, dan lain – lain pada Option yang telah disediakan. Tampilan Triplot sebagai berikut :

Bagi yang berminat dapat mendownload software ini pada link dibawah ini :

Download Triplot & Slide Show Ternary Diagram

from http://blog.unsri.ac.id/Chemeng%20Sai/separation/ternary-diagram-how-to-read-it-/mrdetail/14081/

Minimum Rasio Refluk & Minimum Stage ( McCabe-Thiele )

Kategori: Separation



Dalam pengeoperasiannya,  sebuah kolom destilasi akan dibatasi pada dua hal yaitu :

• Minimum rasio refluk R_M, jika mengeperasikan kolom dengan nilai refluk sama dengan atau lebih kecil dari R_M, maka akan memberikan hasil yaitu jumlah stage yang tidak terhingga, karena garis operasi rectifying akan dapat memotong kurva kesetimbangan uap cair ( ini berlaku untuk destilasi dengan dua komponen sedangkan untuk destilasi multikomponen nilai R_M diestimasi dengan menggunakan persamaan Underwood )
• Minimum stage ( jumlah stage minimum ) . Kondisi dimana kedua garis operasi ( rectifying dan stripping ) saling berimpitan dengan garis y = x disebut dengan refluks total ( total reflux ), pada kondisi ini akan memberikan jumlah stage minum

Rasio Refluks minimum, R_M

Refluks memainkan peranan yang penting dalam sebuah pengeropersian kolom, perhatikan gambar dibawah ini :

Gambar 1

Pengaruh Rasio refluk

Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa, seiring dengan naiknya nilai rasio refluk, maka jumlah stage yang dibutuhkan akan semakin kecil, begitu juga sebaliknya apabila nilai rasio refluk semakin kecil maka jumlah stage yang dibutuhkan akan semakin banyak hingga pada akhirnya jumlah stage akan menjadi tidak terhingga . Jumlah  stage yang tidak terhingga terjadi pada nilai rasio refluks sama dengan 2 ( pada gambar 1 diatas ) . Pada saat jumlah stage tidah terhingga konsentrasi komponen pada liquid dan uap tidak mengalami perubahan . Zona dimana tidak terjadi perubahan ini disebut juga dengan zona invariant , istilah lainnya adalah Pinch point    ( titik pencekik ).

Umumnya rasio refluk minimum dapat terjadi oleh kondisi  : 

• Perpotongan antara garis umpan ( q-line ) dengan kurva kesetimbangan uap cair dan dapat juga terjadi pada ketika garis operasi rectifying menyinggung garis kesetimbangan uap cair. Pada umumnya kondisi ini terjadi pada jenis kurva kesetimbangan normal, q line memainkan peranan penting dari pada kurva kesetimbangan, seperti pada gambar 1.
• Garis operasi rectfying menyinggung kurva kesetimbangan uap cair, seperti pada gambar 2, titik singgung ditunjukkan oleh pinch point. Umumnya terjadi pada jenis kurva kesetimbangan yang tidak normal,  kurva kesetimbangan memainkan peranan penting dari pada q line.

Gambar 2

RM pada kurva Kesetimbangan

Nilai Refluks minimum pada gambar 1, dapat ditentukan dengan cara membuat garis umpan dan kemudian garis umpan tersebut memotong terhadap kurva kesetimbangan misal pada titik ( Xrm, Yrm ), setelah itu dengan menggunakan garis operasi rectifying ditarik garis lurus yang dimulai dari nilai fraksi pada destilat melewati titik (Xrm, Yrm ) lalu memotong garis y pada titik ( 0, ).

Sedangkan pada gambar 2, karena nilai refluks minimum tidak tergantung baik dari garis umpan dan  fraksi umpan masuk , maka nilai R_M dapat ditentukan langsung dengan membuat garis operasi rectifying menyinggung kurva kesetimbangan, kemudian diteruskan hingga berpotongan terhadap garis y pada titik  ( 0, ).

Minimum Stage

Dari gambar 1 dapat dilihat ,dimana pada saat rasio refluks menjadi tidak terhingga menghasilkan jumlah minimum stage, atau garis operasi rectifying dan stripping saling berhimpitan pada garis y = x sehingga membentuk sudut 45^o kondisi ini disebut juga dengan total refluk. Pada kondisi ini , semua kondensat di balikkan kembali ( returned ) ke kolom sebagai refluks, tidak ada produk yang diambil serta tidak ada feed atau umpan yang masuk .  Pada saat start up kolom-kolom destilasi sering kali di jalankan pada   keadaan total refluks hingga keadaan steady dicapai. Untuk menentukan berapa jumlah stage minimum dari suatu pemisahan, adalah dengan membuat stage yang dimulai dari fraksi mol destilat ( produk atas ) dan berakhir pada fraksi mol bottom produk , kedua garis operasi berimpit pada garis y = x , untuk lebih jelasnya lihat gambar dibawah ini :

Gambar 3

Minimum Stage

Optimum Rasio Refluks

Menaikkan nilai rasio refluks akan memberikan jumlah stage yang lebih sedikit, menurunkan capital cost, namun begitu akan meningkatka jumlah pemakaian steam dan water, sehingga dengan demikian biaya operasional tahunan juga akan meningkat, oleh karena itu penentuan nilai rasio refluk yang optimum menjadi penting

Optimum rasio refluk tidak hanya memberikan hasil pemisahan sesuai seperti yang diharapkan namun juga akan memberikan biaya operasional yang lebih rendah, beberapa literatur menyarankan penggunaan rasio refluks sebesar 1.2 hingga 1.5 kali dari  minumum refluks

R_op = (1.2 – 1.5 ) x R_M

Sumber :

• R.K Sinnot, Chemical Engineering Design Vol.6 4^th Ed, 2005, Elsevier
• H.Z. Kitzer, Destillation Design , McGraw Hill
• RK Sinnot, Chemical Engineering Design Vol 6 4th Ed, 2005, Elsevier
• J.F Richadson, J.H Harker dan J.R Backhurst, Chemical Engineering Vol 2 5th Ed. Particle Technology & Separation Process , 2002, Butterworth Heinemann
• S. Purwono dkk, Pengatar Operasi Stage Seimbang, 2005, Gajah Mada university Press
• W.L McCabe dkk, Operasi Teknik Kimia Jilid 2 Edisi ke-4 Terjemahan, 1999, Erlangga
• Ari Kurniawan, Perhitungan Plate Pada Kolom Destilasi Untuk Sistem Binary Berdasarkan Metode McCabe-Thiele Dengan menggunakan Quick Basic, 2006, ( tidak dipublikasikan )

from http://blog.unsri.ac.id/Chemeng%20Sai/separation/minimum-rasio-refluk-minimum-stage-mccabe-thiele-/mrdetail/6195/

Garis Umpan ( q-line ) - McCabe Thiele

Kategori: Separation

Kondisi umpan yang masuk ke kolom destilas pada umumnya dapat dibagi menjadi lima jenis  yaitu  :

#  Pada kondisi dingin , q > 1
#  Pada kondisi titik gelembung, saturated liquid, q = 1
#  Pada kondisi campuran uap – cair 0 < q < 1
#  Pada kondisi titik embun, saturated vapour q = 0
#  Pada kondisi uap panas lanjut saturated vapour q < 0

Apabila nilai relatif volatilitas atau kurva kesetimbangan  tetap, maka garis umpan  akan mempengaruhi :

o  Garis operasi stripping dan rectifying
o  Nilai rasio refluks dan nilai minimum rasio refluks
o  Jumlah stage
o  Kebutuhan media pemanas pada reboiler serta pendingin pada reboiler

Dengan menggunakan software McCabe -Thiele Plate Calculator ( lihat posting " McCabe Thiele Plate Calculator ) , pengaruh garis umpan dengan mudah dapat dilihat

Nilai q = 1 dan q = 0, mudah untuk ditentukan, sementara untuk nilai q yang lain dapat dihitung dengan persamaan umum :

q = ( heat to vaporize 1 mol of feed )/(molar laten of feed )

Namun begitu  q juga dapat di hitung dengan persamaan :

Untuk kondisi dingin, q >q

q = 1 +

Untuk umpan kondisi uap panas lanjut, q > 1

q = 

Dimana :

C_pV = kapasitas panas uap

C_pL = kapasitas panas liquid

T_f    = temperature feed atau umpan

T_DP = temperature titik embun ( dew point ) atau saturated vapour

T_BP  = temperature titik gelembung ( bubble  point ) atau saturated liquid

H_V  = panas laten total

Untuk umpan pada kondisi campuran uap cair, 0 < q < 1

Dengan q adalah fraksi mol liquid pada umpan, q. Seperti yang diketahui bahwa campuran uap –liquid akan berada diantara kondisi bubble dan dew point. Umumnya pada persoalan perhitugan destilasi , tekanan umpan atau feed telah diketahui, sehingga dengan demikian kondisi uap -cair berada diantara temperature bubble dan dew point, untuk menentukan seberapa besar nilai fraksinya ( biasanya fraksi yang dihitung adalah fraksi uap atau , v, sehingga q = 1 – v ) dapat menggunakan perhitungan flash ( flash calculation ).

Dengan kondisi q yang beragam, maka kondisi umpan akan memberikan pengaruh terhadap aliran baik pada seksi rectifying maupun stripping, lihat gambar dibawah ini :

Dimana :

• F          = laju alir molar feed atau umpan
• L          = laju alir molar liquid bagian rectifying
• V         = laju alir molar uap bagian rectifying
• L*        = laju alir molar liquid bagian stripping
• V*       = laju alir molar uap bagian stripping

Dari gambar diatas, pada q > 1 ( umpan pada kondisi dingin ) sebagian uap pada aliran V akan terkondensasikan dan aliran yang terkondensasikan tersebut akan menambah jumlah total liquid yang berada dibagian stripping disamping itu, dengan terjadi kondensasi berarti uap melepas panas sebesar Q, dan Q tersebut akan digunakan untuk memanaskan umpan hingga mencapai titik gelembungnya.

Pada q = 1 ( umpan pada kondisi bubble point atau saturated liquid atau liquid jenuh ),  aliran umpan akan menambah jumlah aliran total liquid pada bagian stripping.

Pada 0 < q < 1, umpan berada dalam kesetimbangan uap- cair, dimana terdapat sejumlah liquid dan uap pada umpan dan keduanya menambah jumlah aliran pada stripping ( untuk liquid ) dan rectifying ( untuk uap )

Pada q = 0 , umpan berada dalam keadaan uap jenuh atau dew point atau saturated vapour, dengan kondisi umpan seperti ini, uap akan langsung naik ke atas, dan hal ini akan menambah jumlah aliran uap yang berada pada bagian rectifying

Pada q > 1, umpan berada dalam keadaan superheated vapour atau panas lanjut, umpan seperti ini akan menguapkan sebagian dari liquid ( L ) yang berada pada bagian rectifying sehingga akan menambah jumlah aliran total uap pada bagian rectifying tersebut, umpan yang telah melepaskan sebagian panas tadi akan berada dalam kondisi uap jenuh. Berikut perhitungan q line :

Soal :

Campuran 60% 40 % benzene-touluene masuk ke kolom destilasi pada tekanan 200 kPa, hitunglah q untuk masing – masing kondisi :

• Pada temperature 30 ^oC
• Jika umpan diuapkan sebanyak 45%

Penyelesaian :

Untuk T = 30 ^oC

Dari hasil perhitungan temperature bubble  ≈ 88  ^oC, temperature dew adalah ≈ 95 ^oC

λ_T = 31489.62 kJ/kmole

λ_B = 29293.22 kJ/kmole

Pada T = 88 ^oC

Cp _benzene = 148.37 kJ/mol C

Cp _toluene = 178.73 kJ/kmol C

Cp _campuran    = (103.46 x 0.6 ) + ( 178.76 x 0.4 )  = 133.58 kJ/mol C

Q          = 1 + (133.58 (88-30))/ (30676.86 x 0.6 + 33132.03 x 0.4 )

            = 1.257

untuk umpan diuapkan sebanyak 45 %

umpan diuapkan sebanyak 45 % dari feed sehingga dengan demikian

q          = 1 – 0.45

             = 0.55

Persamaan – persamaan dalam penentuan q diatas tersebut dapat digunakan apabila data – data seperti kapasitas panas, panas laten diketahui, jika data – data tesebut sulit didapat maka dapat digunakan persamaan lain yang lebih mudah, yaitu dengan mencari perpotongan garis umpan dengan garis operasi rectifying yaitu :

Xpot =

Ypot = +

Sumber :

• RK Sinnot, Chemical Engineering Design Vol 6 4th Ed, 2005, Elsevier
• S. Purwono dkk, Pengatar Operasi Stage Seimbang, 2005, Gajah Mada university Press
• W.L McCabe dkk, Operasi Teknik Kimia Jilid 2 Edisi ke-4 Terjemahan, 1999, Erlangga
• Ari Kurniawan, Perhitungan Plate Pada Kolom Destilasi Untuk Sistem Binary Berdasarkan Metode McCabe-Thiele Dengan menggunakan Quick Basic, 2006, ( tidak dipublikasikan )

from http://blog.unsri.ac.id/Chemeng%20Sai/separation/garis-umpan-q-line-mccabe-thiele/mrdetail/6322/