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/