Mathematical modelling of extractive distillation

360 views
335 views

Published on

Published in: Technology, Education
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
360
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
13
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Mathematical modelling of extractive distillation

  1. 1. Mathematical Modelling of Extractive Distillation<br />Nindy Octaviana (33582)<br />Shelly Devina Anggraeni (33990)<br />Andy Cahyadi (34295)<br />
  2. 2. Ex: Benzene Extractive Distillation Unit-Using NFM as Solvent<br />Solvent = NFM = N-Formylmorpholine<br />
  3. 3. Extractive Distillation Unit<br />
  4. 4.
  5. 5. Operation<br />Reliable operation of the extractive distillation column is achieved by employing the following three controllers:<br />Overhead Pressure Controller<br />Overhead Temperature Controller<br />Bottom Level Controller<br />
  6. 6. Operation<br />Safe operation of the solvent recovery also ensured by the following controllers:<br />Overhead Pressure Controller<br />Overhead Level Controller<br />Bottom Level Controller<br />
  7. 7. Extractive Distillation Column<br />
  8. 8. V1 ; y1i, y1j, y1s, T0<br />Pkondenser<br />R=L0 / D<br />L0 ; <br />x0i, x0j ,<br />X0s, T0<br />Solvent :<br />S , xs<br />Distilat (D) , T0<br />xdi, untukkomponen I<br />xdj, untukkomponen j<br />xds, untukkomponen s<br />Umpan :<br />F mol <br />Terdiridari :<br />Komponeni, light komponen<br />sebanyakFi mol , xfi<br />Komponen j, heavy komponen<br />sebanyakFj mol , xfj<br />Vb; T<br />ybi, ybj,ybs<br />Preboiler<br />Bottom (B), T<br />xbj, untuk komponen j<br />xbi, untuk komponen I<br />xbs, untuk komponen s<br />Lm; T<br />Xmi, xmj, xms<br />
  9. 9. Stage 0 (Condenser)<br />V1; y1i, y1j,y1s, T0<br />Asumsi :<br /><ul><li>Kondenser total </li></ul> X0i= Xdi = Y1i<br />X0j= Xdj = Y1j<br />X0j= Xdj = Y1j<br /><ul><li>P kondenser = P stage 1
  10. 10. T kondenser = T stage 1</li></ul>Pkondenser<br />D;<br />xdi, xdj,<br />xds, T0<br />L0; <br />x0i, x0j, x0s, T0<br />R= L0 / D<br />Neraca massa total<br />V1 = L0 + D<br />dimana L0 / D = R<br />Neraca massa komponen i <br />V1.Y1i = L0.X0i + D.Xdi<br />3. Neraca massa komponen j <br />V1.Y1j = L0.X0j + D.Xdj<br />4. Neraca massa komponen s <br />V1.Y1s = L0.X0s + D.Xds<br />Diketahui:<br />D, R<br />Dicari:<br />Lo, V1, X0i, X0j, X0s, Xdi, Xdj, Xds, Y1i, Y1j, Y1s<br />
  11. 11. Stage 1<br />Asumsi :<br /><ul><li> Solvent tidakdimasukkanpada stage 1
  12. 12. P kondenser = P stage 1
  13. 13. T kondenser = T stage 1
  14. 14. Ekstraksi berlangsung sangat cepat  </li></ul> yang mengoontroladalahdistilasi<br />V1, y1, T1<br />L0, x0, T0<br />1<br />V2, y2, T2<br />L1, x1, T1<br />Neraca massa total<br />V1 + L1 = L0 + V2<br />Neraca massa komponen i <br />V1.Y1i + L1.X1i = L0.X0i + V2..Y2i<br />3. Neraca massa komponen j <br />V1.Y1j + L1.X1j = L0.X0j + V2..Y2j<br />4. Neraca massa komponen s <br />V1.Y1s + L1.X1s = L0.X0s + V2..Y2s<br />Diketahui:<br />Lo, V1, X0i, X0j, X0s, Y1i, Y1j, Y1s, Cpi, Cpj, Cps <br />Dicari:<br />T1, L1, V2, X1i, X1j, X1s , Y2i, Y2j, Y2s, T2 <br />
  15. 15. Nilai X1 didapatkan melalui keseimbangan dengan Y1 (trial T1)<br />Keseimbanganuap-cairuntuktiapkomponen:<br />Pt . Y1 = Pskomponen. X1<br />- Pt=tekanan stage 1=tekanan kondenser <br />- Y1 dihitung dari stage sebelumnya<br />- Pskomponendidapat dari persamaan Antoinne untuk <br />masing-masing komponen = f(T1)<br />X1i = Pt . Y1i / Psi<br />X1j = Pt . Y1j / Psj<br />X1s = Pt . Y1s / Pss<br />T1 di trial hingga ( X1i + X1j + X1s ) = 1<br />Maka di dapat nilai X1i, X1j, X1s dan suhu (T1)<br />V1, Y1<br />L0,X0<br />1<br />V2, Y2<br />L1, X1<br />Dari 4 persamaan yang ada+hubungan kesetimbangan didapat nilai L1, V2, dan Y2  untuk menghitung T2 dari neraca panas<br />
  16. 16. Asumsi: panas penguapan dan panas pengembunan terjadi secara simultan<br />Neraca panas pada stage 1<br />Heat of Input – Heat of output = acc<br />(arus Lo+arus V2) – (arus L1+arus v1) = 0<br />Arus L0<br />= ∑ L0.X0komponen.Cpkomponen.(T0-Tref)<br />= L0.∑Cpkomponen.(T0-Tref)<br />Arus V2<br />= ∑ V2.y2komponen.Cpkomponen.(T2-Tref)<br />= V2.∑Cpkomponen.(T2-Tref)<br />Arus L1<br />= ∑ L1.X1komponen.Cpkomponen.(T1-Tref)<br />= L1.∑Cpkomponen.(T1-Tref)<br />Arus V1<br />= ∑ V1.y1komponen.Cpkomponen.(T1-Tref)<br />= V1.∑Cpkomponen.(T1-Tref)<br />Dari neraca panas<br />didapat nilai T2<br />
  17. 17. Stage 2 (solvent plate)<br />V2,y2,T2<br />L1,x1,T1<br />Asumsi :<br /><ul><li> Solvent dimasukkanpada stage 2
  18. 18. P stage 2 = P stage 1 + dP
  19. 19. dPdiambilnilainyabebassesuai</li></ul>perancangan, biasanyasekitar 0.1 atm<br /><ul><li> Ekstraksi berlangsung sangat cepat  </li></ul> yang mengontrol adalah distilasi<br />2<br />V3,y3,T3<br />L2,x2,T2<br />Neraca massa total di stage - 2<br />V3 + L1 + S = L2 + V2<br />Neraca massa komponen i <br />V3.Y3i + L1.X1i = L2.X2i + V2..Y2i<br />3. Neraca massa komponen j <br />V3.Y3j + L1.X1j = L2.X2j + V2..Y2j<br />4. Neraca massa komponen s <br />V3.Y3s + L1.X1s + S.Xs = L2.X2s + V2..Y2s<br />Diketahui:<br />T2, L1, V2, X1i, X1j, X1s , Y2i, Y2j, Y2s, Cpi, Cpj, Cps <br />Dicari:<br />L2, V2, X2i, X2j, X2s , Y3i, Y3j, Y3s, T3 <br />
  20. 20. Nilai X2 didapatkan melalui keseimbangan dengan Y2<br />V2, Y2<br />L1,X1<br />Keseimbanganuap-cairuntuktiapkomponen:<br />Pt . Y2 = Pkomponen . X2<br />- Pt merupakantekanan stage 2<br />- Y2 sudahdiketahuidari stage sebelumnya<br />- Pkomponendidapatdaripersamaanantoinneuntuk<br />masing-masingkomponen (fungsisuhu)<br />X2i = Pt . Y2i / Pi<br />X2j = Pt . Y2j / Pj<br />X2s = Pt . Y2s / Ps<br />T2 dimasukkan (dari neraca panas sebelumnya) <br />Pastikan nilai (X2i + X2j + X2s ) = 1<br />Solvent :<br />S , Xs<br />2<br />V3, Y3<br />L2, X2<br />Dari 4 persamaan yang ada+hubungan kesetimbangan didapat nilai L2, V3, dan Y3  untuk menghitung T3 dari neraca panas<br />
  21. 21. Asumsi: panas penguapan dan panas pengembunan terjadi secara simultan<br />Neracapanaspada stage 2<br />Heat of Input – Heat of output = acc<br />(arus L1+arus V2 + arus S) – (arus L2+arus v2) = 0<br />Arus L1<br />= ∑ L1.X1komponen.Cpkomponen.(T1-Tref)<br />= L1.∑Cpkomponen.(T1-Tref)<br />Arus V3<br />= ∑ V3.y3komponen.Cpkomponen.(T3-Tref)<br />= V3.∑Cpkomponen.(T3-Tref)<br />Arus S<br />= S. Cpsolvent.(Ts-Tref)<br />Arus L2<br />= ∑ L2.X2komponen.Cpkomponen.(T2-Tref)<br />= L2.∑Cpkomponen.(T2-Tref)<br />Arus V2<br />= ∑ V2.y2komponen.Cpkomponen.(T2-Tref)<br />= V2.∑Cpkomponen.(T2-Tref)<br />Dari neraca panas<br />didapat nilai T3<br />
  22. 22. Perhitunganpada Stage 3<br />Tidak ada solven yang masuk,<br />Perhitungan kembali seperti stage 1<br />Asumsi :<br /><ul><li>P stage 3 = P stage 2 + dP
  23. 23. dPdiambilnilainyabebassesuai</li></ul>perancangan, biasanyasekitar 0.1 atm<br /><ul><li> Ekstraksi berlangsung sangat cepat  </li></ul> yang mengoontroladalahdistilasi<br />V3, Y3<br />L2,X2<br />Solvent :<br />S , xs<br />3<br />V4, Y4<br />L3, X3<br />Neraca massa total di stage - 3<br />V4 + L2 = L3 + V3<br />Neraca massa komponen i <br />V4.Y4i + L2.X2i = L3.X3i + V3..Y3i<br />3. Neraca massa komponen j <br />V4.Y4j + L2.X2j = L3.X3j + V3..Y3j<br />4. Neraca massa komponen s <br />V4.Y4s + L2.X2s = L3.X3s + V3..Y3s<br />Diketahui:<br />T3, L2, V3, X2i, X2j, X2s , Y3i, Y3j, Y3s, Cpi, Cpj, Cps <br />Dicari:<br />L3, V4, X3i, X3j, X3s , Y4i, Y4j, Y4s, T4 <br />
  24. 24. Nilai X3 didapatkan melalui keseimbangan dengan Y3<br />V3, Y3<br />L2,X2<br />Keseimbanganuap-cairuntuktiapkomponen:<br />Pt . Y3 = Pkomponen . X3<br />- Pt merupakantekanan stage 3<br />- Y3 sudahdiketahuidari stage sebelumnya<br />- Pkomponendidapatdaripersamaanantoinneuntuk<br />masing-masingkomponen (fungsisuhu)<br />X3i = Pt . Y3i / Pi<br />X3j = Pt . Y3j / Pj<br />X3s = Pt . Y3s / Ps<br />T2 dimasukkan (dari neraca panas sebelumnya) <br />Pastikan nilai ( X3i + X3j + X3s ) = 1<br />3<br />V4, Y4<br />L3, X3<br />Dari 4 persamaan yang ada+hubungan kesetimbangan didapat nilai L3, V4, dan Y4  untuk menghitung T4 dari neraca panas<br />
  25. 25. Asumsi: panas penguapan dan panas pengembunan terjadi secara simultan<br />Neracapanaspada stage 3<br />Heat of Input – Heat of output = acc<br />(arus L2+arus V4) – (arus L3+arus v3) = 0<br />Arus L2<br />= ∑ L2.X2komponen.Cpkomponen.(T2-Tref)<br />= L2.∑Cpkomponen.(T2-Tref)<br />Arus V4<br />= ∑ V4.y4komponen.Cpkomponen.(T4-Tref)<br />= V4.∑Cpkomponen.(T4-Tref)<br />Arus L3<br />= ∑ L3.X3komponen.Cpkomponen.(T3-Tref)<br />= L3.∑Cpkomponen.(T3-Tref)<br />Arus V3<br />= ∑ V3.y3komponen.Cpkomponen.(T3-Tref)<br />= V3.∑Cpkomponen.(T3-Tref)<br />Dari neraca panas<br />didapat nilai T4<br />
  26. 26. Stage N<br />Tidak ada solven yang masuk,<br />Perhitungan kembali seperti stage 1<br />Asumsi :<br /><ul><li> P stage N = P stage N-1 + dP
  27. 27. dPdiambilnilainyabebassesuai</li></ul>perancangan, biasanyasekitar 0.1 atm<br /><ul><li> T stage N didapat dari perhitungan stage sebelumnya
  28. 28. Ekstraksiberlangsungsangatcepat </li></ul> yang mengoontroladalahdistilasi<br />VN, YN<br />LN-1,XN-1<br />N<br />VN+1, YN+1<br />LN, XN<br />Neraca massa total di stage - N<br />VN+1 + LN-1 = LN + VN<br />Neraca massa komponen i <br />VN+1.YN+1i + LN-1.XN-1 i = LN.XN i + VN..YN i<br />3. Neraca massa komponen j <br />VN+1.YN+1 j + LN-1.XN-1 j = LN.XN j + VN..YN j<br />4. Neraca massa komponen s <br />VN+1.YN+1 s + LN-1.XN-1 s = LN.XN s + VN..YN s<br />
  29. 29. Nilai XN didapatkan melalui keseimbangan dengan YN<br />VN, YN<br />LN-1,XN-1<br />Keseimbanganuap-cairuntuktiapkomponen:<br />Pt . YN = Pkomponen . XN<br />- Pt merupakantekanan stage N<br />- YNsudahdiketahuidari stage sebelumnya<br />- Pkomponendidapatdaripersamaanantoinneuntuk<br />masing-masing komponen=f(TN)<br />XN i = Pt . YN i / Pi<br />XN j = Pt . YN j / Pj<br />XN s = Pt . YN s / Ps<br />TN dimasukkan (dari neraca panas sebelumnya) <br />Pastikan nilai ( XN i + XN j + XN s ) = 1<br />N<br />VN+1, YN+1<br />LN, XN<br />Dari 4 persamaan yang ada+hubungan kesetimbangan didapat nilai LN, VN+1, dan YN+1  untuk menghitung TN+1 dari neraca panas<br />
  30. 30. Asumsi: panas penguapan dan panas pengembunan terjadi secara simultan<br />Neraca panas pada stage N<br />Heat of Input – Heat of output = acc<br />(arus LN-1+arus VN+1) – (arus LN+arus vN) = 0<br />Arus LN-1<br />= ∑ LN-1.XN-1 komponen.Cpkomponen.(TN-1-Tref)<br />= LN-1.∑Cpkomponen.(TN-1-Tref)<br />Arus VN+1<br />= ∑ VN+1.yN+1 komponen.Cpkomponen.(TN+1-Tref)<br />= VN+1 .∑Cpkomponen.(TN+1-Tref)<br />Arus LN<br />= ∑ LN.XN komponen.Cpkomponen.(TN-Tref)<br />= LN.∑Cpkomponen.(TN-Tref)<br />Arus VN<br />= ∑ VN.yNkomponen.Cpkomponen.(TN-Tref)<br />= VN.∑Cpkomponen.(TN-Tref)<br />Dari neraca panas<br />didapat nilai TN+1<br />
  31. 31. Perhitungan di atas merupakan untuk seksi enriching , kemudian saat X heavy komponen > X light komponen , masuklah feed (feed plate), Perhitungan pada feed plate , hampir sama dengan pada solvent plate , hanya saja nilai Xfi dan Xfj tidak sama dengan 0, namun nilai Xfs nya = 0<br />Untuk seksi bawah , dimulai dari reboiler, perhitungannya analog dengan yang dari seski atas<br />

×