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/