DESTILASI

1

RINGKASAN MATERIPENYELESAIAN SOAL2

OPERASI TEKNIK KIMIA

2

DAFTAR ISI1. Perancangan Kolom Distilasi

1-1. Soal sistim Benzene – Toluene1-2. Soal sistim Methanol – Water1-3. Soal sistim Benzene – Toluene1-4. Soal sistim Benzene – Toluene1-5. Soal sistim Ethanol – Water1-6. Soal UAS SEM-IV, tahun 2011

2. Perancangan Kolom Absorbsi 2-1. Soal sistim Amonia – Water2-2. Soal sistim Aceton – Water2-3. Soal sistim SO2 – Water2-4. Soal sistim CO2 – Water2-5. Soal UAS SEM-IV, tahun 2011

3. Perancangan Bejana (Vessel/Reaktor) 3-1. Soal bejana berpengaduk dan bersekat 3-2. Soal bejana berpengaduk dan tanpa sekat 3-3. Soal bejana berpengaduk bersekat dan tanpa sekat3-4. Soal UAS SEM-IV, tahun 2011

4. Perancangan Alat Evaporator 4-1. Soal type single effect evaporator (1)4-2. Soal type single effect evaporator (2)4-3. Soal UAS SEM-IV, tahun 20114-4. Soal Evaporator type triple Effect Evaporator A4-5 Soal Evaporator type triple Effecr Evaporator B

5. Perancangan Alat Heat Exchanger 5-1. Soal Heat Exchanger Type 1-2 (Kerosene – Crude Oil)5-2. Soal Heat Exchanger Type 2-4 (Oil – Water)5-3. Soal UAS SEM-IV, tahun 2011 (Krosene – Crude Oil)

6. Perancangan Alat Crystalizer 6-1. Soal Crystalizer Type dengan pendinginan6-2. Soal Crystalizer Type dengan pemanasan

7. Perancangan Condenser

3

PERANCANGANKOLOM DISTILASI

4

PENDAHULUAN

Destilasi adalah suatu proses yang bertujuan untuk memisahkan suatu campuran liquida “miscible” dan “volatile” menjadi komponennya masing - masing atau sekelompok komponen tertentu.Sebagai syarat dasar dari pemisahan suatu komponen larutan dengan distilasi adalah komposisi uapnya harus berbeda dengan komponen liquidanya pada saat kesetimbangan.Secara teoritis distilasi tidak menghasilkan produk yang benar benar murni 100%, karena semakin mendekati kemurnian 100% makin besar pula kerja yang harus diberikan.Sebagai dasar dari penyelesaian persoalan distilasi adalah data kesetimbangan antara fase liquida dan fase uap dari sistim yang di-distilasi.Data lain yang sangat diperlukan dalam penyelesaian soal distilasi dan absorpsi adalah data enthalpy larutan , terutama yang berhubungan dengan panas latent, panas pencampuran dan sebagainya.Untuk larutan biner, “enthalpy concentration chart” banyak diberikan dalam beberapa literature.

Fraksinasi adala methode yang terbaik untuk pemisahan larutan biner secara distilasi.Rektifikasi dapat dianap sebagai “flash distilation” yang disusun secara seri sedemikian rupa sehingga uan dan liquida tiap “stage” berlawanan arah satu sama lain , dengan demikian terjadi kontak intim antara keduanya.Liquida kmudian mengalir ke “stage” dibawahnya, sedang uap mengalir ke “stage” diatasnya.

5

Karena dalam rektifikasi tiap stage merupakan “plate” , maka untuk selanjutnya dipergunakan istilah “plate” untuk menyatakan “stage”.Lihat gambarKolom fraksinasi diumpankan dengan feed (bahan baku) yang tertentu rate da kadarnya“Plate” tempat masuknya feed disebut “feed plate”Semua bagian yang berada diatas “feed plate” disebut “bagian rectifying” , sedangkan yang berada dibawah “feed plate” termasuk “fed plate” sendiri disebut sebagai “bagian stripping”.Feed menalir menuruni bagian stripping ke dasar kolom dimana permukaan liquida dipertahankan konstan.Liquida mengalir kedalm “reboiler” dengan gaya gravitasi.“Reboiler” ini dipanasi dengan “indirect steam”.Produk bawah yang disebut sebagai “bottom product”, untuk unit seperti gambar , diambil dari “reboiler”Produk bawah ini didinginkan dalam “cooler” yang juga merupakan “preheater” untuk feed sebelum masuk ke kolom.Uap yaang naik keatas melalui bagian rectifying diembunkan seluruhnya dalam ‘condenser” dan kondensat dikumpulkan dalam akumulator , dimana permukaan liquida didalamnya dipertahankan pada ketinggian tertentu.Sebagian kondensat kemudian dikembalikan kedalam kolom fraksinasi melalui plate teratas dengan pompa refluks.Liquida yang dikembalikan kedalam kolom fraksinasi disebut sebagai “refluks”.Tanpa adanya Refluks ini maka pada bagian rectifying tidak akan terjadi rektifikasi dan produk yang dihasilkan konsentrasinya tidak dapat melebihi konsentrasi uap di bagian iniKondensat yan tidak di-refluks didinginkan didalam cooler dan keluar sebagai produk atas “overhead product”

6

Cara penggambaran Garis Operasi dan Jumlah Plate Ideal

1. Plot kurva keseimbangan sistim yang dimaksud2. Letakkan titik-titik (XB), (XF) dan (XD) pada garis diagonal3. Hitung harga “q” sesuai dengan kondisi feed yang diketahui

Kemudian tentukan slope feed line yaitu –(q)/(1-q) dan plot feed line

4. Hitunglah perpotongan garis operasi bagian rectifying dengan sumbu (Y), yaitu (XD)/(R + 1)Lukiskan garis potong bagian rectifying ini dengan jalan menghubungkan titik ini dengan titik (XD) pada diagonal

5. Gambarkan garis operasi stripping melalui titik (XB) pada diagonal dan titik perpotongan feed line dengan rectifyng line

6. Jumlah plate ideal dapat diperoleh dengan konstruksi “step by step” segitiga diantara kurva keseimbangan dengan garis operasiKonstruksi ini dapat dimulai dri titik terbawah garis stripping atau titik teratas garis rectifying

7. Feed plate dinyatakan oleh segitiga dimana feed line melaluinya, atau perpotongan kedua garis operasi berada dalam segitiga ini

7

KONDENSOR DAN REBOILERDalam gambar seluruh uap yang keluar dari plate teratas diembunkan dalam sebuah kondensor dan liquida dari plate terbawah tidak diambil seluruhnya sebagai “bottom product” (B), tetapi diuapkan sebagian dalam reboilerKondensor yang mengembunkan uap yang masuk disebut “total kondensor” dan reboiler yang menguapkan kembali sebagian dari liquida dari plate terbawah semacam ini disebut “partial reboiler”

TOTAL CONDENSORDalam gambar, terlihat bahwa seluruh uap yang berasal dari plate No.1 (teratas), (V1) dengan kadar (Y1), diembunkan seluruhnya dalam “total condensor”, dengan demikian aka diperoleh distilate dengan kadar (XD = Y1 = XC) (kadar refluks)Jadi uap dan liquida mengalami keseimbangan terakhir kali di plate No.1Dengan demikian segitiga pertama pada gambar menyatakan plate No.1 (plate teratas) dalam kolom rektifikasi

PARTIAL CONDENSORAdakalanya uap yang keluar dari plate teratas kolom hanya diembunkan sejumlah refluks aja da selebihnya ketyika keluar dari condensor ini masih berupa uap dan baru diembunkan pada kondensor ke-2 (final condenser) sebagai destilate (produk atas)Jadi pada partial kondensor masih terjadi kesetimbangan antara uap dan liquida yang meninggalkan , (XC ǂ XD dan Y’ = XD)Dengan demikian segitiga teratas pada gambar menyatakan partial kondensor ini dan tidak dihitung sebagai plate ideal.

8

PARTIAL REBOILERReboiler pada gambar dibawah ini menguapkan kembali sebagian dari liquida yang berasal dari plate terbawah (V’), dan sisanya diambil sebagai produk bawah (B)Uap yang dikembalikan kedalam kolom ber-kesetimbangan dengan produk bawah, masing-masing dengan kadar (YB dan Yr)Jadi segitiga yang terbawah (segitiga cde)pada gambar, menyatakan milik reboiler dan segitiga berikutnya menyatakan plate terbawah (segitiga abc)Reboiler semacam ini disebut “partial reboiler”.

TOTAL REBOILERApabila produk bawah (B) langsung diambil dari dasar kolom (berasal dari plate terbawah) dan reboiler menguapkan seluruh liquida yang masuk kedalamnya, maka reboiler semacam ini disebut sebagai “total reboiler”.Jadi (XW) = (XB) dan (L) = (V’ + B), selanjutnya reboiler tidak merupakan plate ideal, karena (XB) tidak berketimbangan dengan (Yr)Dengan demikian segitiga terbawah pada penentuan plate ideal secara McCabe & Thiele dinyatakan sebagai “plate terbawah”

9

KEBUTUHAN AIR PENDINGIN DAN STEAM PEMANASUmumnya kehilangan panas karena radiasi pada kolom cukup kecil, sehingga dapat diabaikan dan operasi kolom sendiri adiabatisPada kondensor (total) bila yang diembunkan adalah (V), air pendingin masuk pada (T1) dan keluar pada (T2) serta pemanas pengembunan molal uap campuran (ƛ), maka rate air pendingin ,

(CW) = (V)(ƛ)/(T2 – T1) dan – (qC) = (V)(ƛ)

Sedangkan pada reboiler, panas yang diberikan adalah

(qR) = (V’)(ƛ)

Bila (ƛ)S adalah latent heat steam, maka kebutuhan steam pemanas adalah

(S) = (V)(ƛ) /(ƛ)S

10

TOTAL REFLUKS

Slope garis rectifying, (R)/(R + 1) akan bertambah besar dengan bertambah besarnya refluks ratio (R), kalau (R) tak terhingga, (V) = (L) dan slope = 1Dalam keadaan seperti ini garis operasi merupakan garis diagonal , kondisi ini disebut disebut “total refluks”Pada keadaan total refluks jumlah plate yang diperlukan adalah minimum, tetapi berarti feed dan kedua produk kolom adalah nol.Artinya seluruh uap yang di embunkan pada kondensor (total) dikembalikan kedalam kolom dan seluruh liquida di dasar kolom diuapkan kembali sementara feed tidak ada yang masuk.Dalam keadaan seperti ini dapat pula dianggap bahwa keadaan dimana diperlukan reboiler, kondensor dan diameter kolom yang tak terhingga ukuran-nya.

Apabila harga “relative volatility (α)” konstant, maka jumlah plate minimum dapat ditentukan secara analitis dengan rumus “Fenske-Underwood”

Log[(XD)(1 – XB)] / [XB)(1 – XD)] (N)min = -------------------------------------------- Log (α) Bila harga relative volatility di bagian atas kolom dan di bagian bawah kolom sangat berbeda, maka diambil harga geometric-mean

11

MINIMUM REFLUKSMinimum refluks adalah suatu harga refluks ratio untuk pemisahan yang diinginkan diperlukan “plate ideal” yang tak terhingga jumlahnya.Jadi dalam hal ini harga (V) aliran uap adalah minimum yang berarti ukuran kondensor dan reboiler juga minimum.Untuk sistim dengan kurva kesetimbangan normal, harga (XD)/(Rmin – 1), pada ordinat diperoleh dengan menghubungkan titik (XD) pada garis diagonal dengan “pinch point” yaitu titik potong q-line dengan garis kesetimbangan.Disamping itu, harga (R)m dapat dihitung menurut rumus sebagai berikut, yang khusus berlaku bila kurva kesetimbangan sistim bentuknya normal, seperti rumus tersebut,

(R)m = [(XD) – (Y’)]/[Y’ – X’)]

Dimana “pinch point system” adalah (X’ , Y’)Apabila kurva kesetimbangan sistim tidak normal, misalnya untuk sistim “alkohol water”, maka pinch point-nya adalah titik singgung garis yang ditarik dari (XD) pada diagonal dan menyinggung garis kesetimbanga dibagian cekungDalam ini rumus diatas tidak dapat dipergunakan.Untuk menghitung (R)m dipergunakan perpotongan garis operasi rectifying dengan sumbu (Y) dititik (XD)/(Rm + 1)

12

LANGKAH LANGKAH PENYELESAIAN SOAL SOAL PERANCANGAN KOLOM DISTILASI

1. Menggambar Curva EquilibriumContoh System Benzene – Toluene

2. Menghitung Neraca Massa Utama dalam satuan (lb/hr)Yaitu Feed (F) , Destilate (D) dan Botom (B)Dengan data fraksi berat (% wt) masing masing komponen utama tersebut

13

3. Menghitung berat molekul masing masing komponen utamaContoh, Feed mengandung 40% berat benzene dan 60% berat tolueneData BM benzene = 78 dan BM toluene = 92 Fraksi berat benzene = 0,40 = (0,40)/(78) mole = 0,0051 moleFraksi berat toluene = 0,60 = (0,60)/(92) mole = 0,0065 moleTotal mole = (0,0051) + (0,0065) = 0,0116 moleFraksi mole komponen benzene di dalam FEED = (0,0051)/(0,0116) = 0,44 ( 44% mole) = (XF)Sedangkan fraksi berat benzene didalam FEED = 0,40 (40% wt)

4. Masukkan data data fraksi mole kedalam curva equilibrium5. Letakkan titik : (XD)/(R + 1) pada sumbu (Y), buat garis operasi

(XD) = mole fraksi distilate 6. Masukkan kondisi Feed (F) dalam keadaan

Liquid jenuh (garis umpan q = 1) atau Vapor jenuh (garis umpan q = 0)

7. Menghitung neraca massa utama dalam satuan (lb.mole/hr)8. Menghitung neraca masa keseluruhan dalam satuan

(lb.mole/hr), yaitu (F), (D), (B), (V), (L), (V’) dan (L’)Yang meliputi daerah Enriching Section dan Stripping Section

9. Pemakaian rumus yang ada yaitu(R) = (L)/(D) = (V - D)/(D) jadi (L) = (R)(D)(R) = reflux ratio(L) = (V – D) --- (V) = (L + D)

0. Gambar garis umpan didalam equilibrium curvaGaris umpan memotong garis operasi atas dan selanjutnya gambar garis operasi bawah

14

1. Dari garis operasi atas dan garis operasi bawah serta Garis umpan , gambarlah jumlah tray minimum

2. Apabila diketahui kalor penguapan molar (latent heat) (ʎ)Contoh (ʎ) benzene = 7.360 kal/g.mol (ʎ) toluene = 7.960 kal/g.mol

Berat Molekul (BM) rata-rata Feed = 85,8 = (% vol)(BM) benzene + (% vol)(BM) toluene

BM benzene = 78 dan BM toluene = 92 (% vol) benzene = 0,44 dan (% vol) toluene = 0,56 Kalor penguapan rata-rata dari Feed

= (0,44)(7.360) + (0,56)(7.960) kal/g.mol = (7.696) kal/g.mol = (7.696)(1,8/85,8) = 161,5 Btu/lb

Digunakan untuk mencari kemiringan garis umpan (q)(q) = (1) + [(cp)L ((Tb – TF)]/[ʎ] (q) = (1) + [(0,44)(95 – 20)]/[161,5] = 1,37(cp)L = kalor spesifik feed = 0,44 (Tb) = titik didih feed = 95 0C(TF) = suhu feed masuk kedalam kolom = 20 0C (Feed dingin)

Sehingga didapat kemiringan garis umpan (q) == -(q)/(1-q) = - (1,37)/( - 1,7) = 3,70Gambar garis (q) agak miring kekanan

3. Menghitung fraksi liquid (L’) dan fraksi vapor (V’)Untuk daerah Enriching Section dan Stripping Section(L’) = (L) + (q)(F) , dan (V) = (V’) + (1 – q)(F)

15

CONTOH SOAL PERANCANGAN ALAT

KOLOM DISTILASI

17

PERANCANGAN ALATKOLOM DISTILASI

SISTIM BENZENE - TOLUENE

18

Contoh soal design kolom distilasi sistim Benzene- Toluene(Buku McCabe-II, halaman 41)

Suatu kolom fraksinasi kontinyu dirancang untuk memisahkan 30.000 lb/jam campuran yang terdiri dari 40% benzene dan 60% toluena, menjadi suatu hasil atas (D) yang mengandung 97% benzene dan hasil bawah (B) yang mengandung 98% toluena, Persen tersebut adalah persen (%) beratRasio refluks yang digunakan adalah 3,5 mol refluks untuk setiap 1 mol hasil.Kalor latent molal untuk benzene adalah 7.360 kal/g.mol dan kalor latent molal untuk toluena adalah 7.960 kal/g.mol.Benzene dan toluena membentuk sistim ideal dengan volatilitas relatif 2,5Kurva kesetimbangan-nya dapat dilihat pada gambarTitik didih umpan (Tb)) = 95 0C pada 1 atm

a). Hitunglah berapa mol hasil atas dan hasil bawah per jamb). Tentukan berapa banyak-nya piring ideal dan letak piring umpan b-1). Jika umpan zat cair pada titik didihnya b-2). Jika umpan zat cair pada suhu 20 0C (kalor spesifik = 0,44 Btu/lb) b-3). Jika umpan campuran yang terdiri dari 2/3 uap dan 1/3 zat cairc). Jika uap dapat tekanan 20 lbf/sq.in (psia) pengukur digunakan sebagai pemanas , berapa banyaknya uap pemanas yang diperlukan per jam untuk masing-masing kasus tersebut diatas andaikan kehilangan kalor dapat diabaikan dan refluks adalah Zat cair jenuh

19

d). Jika air pendingin masuk kondensor pada suhu 80 0F (26 0C) dan keluar pada 150 0F (65,5 0C), berapakah banyaknya air pendingin yang diperlukan dalam satuan GPM

20

PENYELESAIANa). Neraca Massa (F) = 30.000 lb/hr = 349,5 lbmole/hr (BM feed = 85,4) (D) = 12.000 lb/hr = 153,3 lbmole/hr (BM distilate = 78,42) (B) = 18.000 lb/hr = 193,65 lbmole/hr (BM bottom = 91,67)

Fraksi mole (XF) = 0,44 % mole , (YF) = 0,56 % mole

(XD) = 0,974 % mole , (YD) = 0,03 % mole(XB) = 0,02 % mole , (YB) = 0,98 % mole

Gambar curva equilibrium sistim Benzene - Toluena Letakkan titik (XD) = 97,4 % mole, dan memotong garis

Diagonal, (R) = 3,5 Letakkan titik (XD)/(R+1) pada sumbu Y , yaitu titik 0,216 Taris garis operasi atas (enriching line)

b). (b-1). Jka umpan masuk dalam kondisi liquid jenuh Garis umpan (q line) = 1 , q line vertikal keatas Pada gambar, jumlah tray minimm 12 buah

Tray No.12 untuk Reboiler (pendidih ulang) Umpan dimasukkan pada tray No. 7 dari atas

(b-2). Diketahui latent heat masing masing komponen (ʎ) benzene = 7.360 kal/g.mol (ʎ) toluene = 7.960 kal/g.mol Kalor penguapan rata-rata dari Feed = (0,44)(7.360) + (0,56)(7.960) kal/g.mol

21

= (7.696) kal/g.mol = (7.696)(1,8)(BM AV) = (7.696)(1,8/85,8) = 161,5 Btu/lb

BM benzene = 78, BM benzene = 92 (BM)AV = (% vol)(BM) benzene + (%vol)(BM) toluene

Untuk mencari nilai (q)(q) = (1) + [(cp)L ((Tb – TF)]/[ʎ] (q) = (1) + [(0,44)(95 – 20)]/[161,5] = 1,37

(cp)L = kalor spesifik feed = 0,44 (Tb) = titik didih feed = 95 0C(TF) = suhu feed masuk kedalam kolom = 20 0C

(Feed dalam keadaan dingin) Sehingga didapat kemiringan garis umpan (q line) (SLOPE) q = -(q)/(1-q) = (1,37)/( 0,37) = 3,70Persamaan garis (q)Y = [(-q)/(1-q)] X + (XF)/(1-q), (XF) mole fraksi feed Gambar garis (q) agak miring kekananPada gambar, jumlah tray minimm 11 buah

Tray No.11 untuk Reboiler (pendidih ulang) Umpan dimasukkan pada tray No. 5 dari atas

Persamaan garis (q) (Y) = [(-q)/(1 – q)] (X) + [(XF)/(1 – q)]

(Y) = (3,70)(X) + (0,44)/(1 – 1,37)(Y) = (3,70)(X) - (1,19)

(b-3). Jka umpan masuk 2/3 vapor dan 1/3 liquidNilai harga (q) = 1/3Sehingga didapat kemiringan garis umpan (q line)(SLOPE) q = -(q)/(1-q) = - (1/3)/( - 2/3) = 0,5Gambar garis (q) agak miring kekiri

22

Pada gambar, jumlah tray minimm 13 buah Tray No.13 untuk Reboiler (pendidih ulang) Umpan dimasukkan pada tray No. 7 dari atas

Untuk umpan dalam kondisi panas, nilai (q)(q) = - [(CpV)(TF – Td)]/(ʎ)

(cp)V = kalor spesifik uap feed (Td) = titik embun feed (TF) = suhu feed masuk kedalam kolom = 20 0C

(Feed dalam keadaan panas)Persamaan garis (q) adalah , (q) = [(-q)/(1-q)] X + (XF)/)1-q)

c). (ʎ) untuk toluene = 7.960 cal/gr.mol = (7.960)(1,8) Btu/lb.mol = 14.238 Btu/lb.mole

Disini dipakai latent heat (ʎ) untuk toluene = 7.960 kal/gr.mol bukan (ʎ) untuk benzene = 7.360 kal/gr.mol Kalor dari 1 lb uap pemanas pada tekanan 20 lb/sq.in pengukur Pada lampian VIII (Buku McCabe-I) Tekanan uap = 20 lb/sq.in - Kalor Enthalpi = 939 Btu/lb Uap pemanas yang diperlukan dipakai rumus, (ms) = (V’)(ʎ)/(enthalpi), (V’) = 688,60 lbmole/hr (ms) = (688,60 lb.mole/hr)(14.238 Btu/lb.mole)/(939 Btu/lb) (ms) = 10.441,2 lb/hr (untuk Feed masuk kondisi liquid jenuh)

d). Kebutuhan air pendingin pada (q = 1) Rumus : (mc) = (V’)(ʎ)/(T2 – T1)

(V’) = 688,60 lb.mole/hr (ʎ) toluene = 7.960 cal/gr.mole (ambil yang terbesar)

= (1,8)(7.960) Btu/lbmole = 14.328 Btu/lbmole (mc) = (688,60)(14.238)/(150 – 80) (mc) = 690.638,26 lb/hr (mc) = (690.638,26)/(60X8,33) = 1.381,83 GPM

23

Di asumsikan bahwa Suhu air masuk ke condenser = (T1) = 80 0C Suhu air keluar dari condenser = (T2) = 150 0C

②

24


SISTIM METHANOL – WATER

25

Contoh soal perancangan kolom distilasi sistim Methanol – Water(Buku Treybal, halaman 388)

Campuran methanol - air dengan kadar 50% berat methanol tersedia pada suhu 23,4 0C, akan di-rektifikasi dalam sebuah fraksionator yang bekerja pada 1 atm secara kontinyuRate feed masuk kolom adalah 5 ton/jam, dan diharapkan hasil atas mempunyai kadar 95% berat methanol dan hasil bawah berkadar 1% berat methanol, langsung diambil dari reboilerSebelum masuk kolom, feed dipanaskan lebih dahulu dalam preheater dengan menggunakan residu sebagai pemanas sehingga suhu residu turun menjadi 37,8 0CRefluks dikembalikan kedalam kolom pada titik didihnya dengan refluks rasio 1,5 kali refluks minimumnya.Kondensor mengembunkan seluruh uap yang masuk dan destilat didinginkan sebelum disimpan dalam storage

1). Sket sistim diatas lengkap dengan kondisi pada setiap titik dan arah aliran2). Tentukan rate distilat dan rate residu3). Tentukan refluks rasio minimum (Rm)4). Tentukan jumlah plate teoritis minimum5). Tentukan jumlah plate teoritis pada kondisi operasi6). Bila overall effisiensi 50%, tentukan pada plate aktual ke berapa feed masuk 7). Tentukan refluks rasio internal pada masing-masing bagian kolom

26

8). Tentukan kadar liquid ketika masuk reboiler9). Tentukan beban kondensor dan reboiler dalam k.Joule/jam10). Bila effisiensi Murphee nya adalah 60%, berapa effisiensi total-nya

PENYELESAIANa). Neraca Massa (F) = 5.000,00 kg/hr = 216,76 kg.mole/hr (D) = 2.606,38 kg/hr = 84,51 kg.mole/h

(B) = 2.393,62 kg/hr = 132,25 kg.mole/hr Fraksi mole

(XF) = 0,50 % mole , (YF) = 0,50 % mole(XD) = 0,95 % mole , (YD) = 0,05 % mole(XB) = 0,01 % mole , (YB) = 0,88 % mole

b). Garis umpan (q line) , q = 1,05 c). Gambar curva equilibrium sistim Methanol – Water Letakkan titik (XD) = 0,95 % mole, dan memotong garis diagonal Letakkan titik (XD)/(R+ 1) pada sumbu Y , yaitu titik 0,51 Taris garis operasi atas (enriching line) d). Jka umpan masuk dalam kondisi liquid

Garis umpan (q line) = 1,05 , q line miring kekanan Pada gambar, jumlah tray minimm 9 buah Tray No.9 untuk Reboiler (pendidih ulang)

Umpan dimasukkan pada tray No. 5 dari atas

27

③

28



29

Contoh soal design kolom distilasi sistim Benzene - Toluene(Buku Badger, halaman 267)

A continuous fractionating column operating at 14,7 psia is to be designed to separate 30.000 lb/hr of a solution of benzene and toluene, containing 0,40 mass fraction benzene, into an overhead product containing 0,97 mass fraction benzene and a bottom product containing 0,98 mass fraction tolueneA reflux ratio of 3,5 lb of reflux per lb of product is to be usedThe feed will be liquid at its boiling point and the reflux will be returned to the column at 100 0Fa). Determine the quantity of top and bottom productsb). Calculate the condenser duty and the rate of heat input to be reboiler c). Determine the theoritical plates required and the correct feed plate locationd). The cooling water required if the water enteres the condenser at 80 0F and leaves at 120 0F e). The quantity of steam required if saturated steam at 35 psig is used as the heating medium in the reboilerf). Calculate with using the McCabe & Thiele methods

30

Penyelesaiana). Neraca Massa (F) = 30.000 lb/hr = 349,5 lbm/hr (D) = 12.000 lb/hr = 153,02 lbm/hr

(B) = 18.000 lb/hr = 196,35 lbm/hr Fraksi mole

(XF) = 0,40 % mole , (YF) = 0,60 % mole(XD) = 0,97% mole , (YD) = 0,03 % mole(XB) = 0,02 % mole , (YB) = 0,98 % mole

b). Jumlah Theoritical plates = 11 buah Feed masuk pada plate No.5

Plate No. 11 sebagai reboiler

c). Diketahui latent heat masing masing komponen (ʎ) benzene = 7.360 kal/g.mol (ʎ) toluene = 7.960 kal/g.mol Kalor penguapan rata-rata dari Feed = (0,44)(7.360) + (0,56)(7.960) kal/g.mol = (7.696) kal/g.mol = (7.696)(1,8)(BM AV) = (7.696)(1,8/85,8) = 161,5 Btu/lb

31

BM benzene = 78, BM benzene = 92 (BM)AV = (% vol)(BM) benzene + (%vol)(BM) toluene

Kebutuhan air pendingin pada (q = 1,05) Rumus : (mc) = (V’)(ʎ)/(T2 – T1)

(V’) = 688,60 lb.mole/hr (ʎ) toluene = 7.960 cal/gr.mole (ambil yang terbesar)

= (1,8)(7.960) Btu/lbmole = 14.328 Btu/lbmole (mc) = (688,60)(14.238)/(120 – 80) (mc) = 392.171,47 lb/hr (mc) = (392.171,47)/(60X8,33) = 784,66 GPM

Di asumsikan bahwa Suhu air masuk ke condenser = (T1) = 80 0C Suhu air keluar dari condenser = (T2) = 120 0C

32

④

33



34

Contoh soal design kolom distilasi sistim Benzene – Toluene(Buku Geankoplis, halaman 643)

Rectification of a benzene – toluene mixtureA liquid mixture of benzene – toluene is to be distilate in a fractionating tower at 101,3 kPa pressure (1 atm)The feed of 100 kg.mole/hr is liquid and it contains 45% mole benzene and 55% mole toluene and enters at 130 0F A distilate containing 95% mole benzene and 5% mole toluene, and a botom containing 10% mole benzene and 10% mole toluene are to be obtainedThe reflux ratio is 4 : 1 The average heat capacity of the feed is 38 Btu/lbmole.0F and the average latent heat is 13.800 Btu/lbmole.0F Equilibrium data for the system are given (page 628 , 629)Calculate the kg.moles per hour distilate, kg.moles per hour bottoms , and the number of theoritical trays neededThe heat capacity of the liquid feed (CpL = 159 kJ/kgmole.K), and the boiling point of feed (TB = 366,7 K = 93,7 0C, and the temperature of feed (TF = 327,6 K = 54,6 0C)(TB) = 93,7 0C = (93,7)(1,8) + 32 = 200,66 0F(TF) = 54,6 0C = (54,6)(1,8) + 32 = 130,28 0F

35

PENYELESAIAN

Kalor penguapan rata-rata dari Feed = 13.800 Btu/lbmole.0F = (13.800)/(BM) Btu/lb.0F = (13.800)/(85,70) Btu/lb.0F

= (161,03) Btu/lb

Digunakan untuk mencari umpan masuk kolom (q) (q) = (1) + [(cp)L ((Tb – TF)]/[ʎ] (q) = (1) + [(0,44)(93,7 – 54,6)]/[161,03] = (1) + 0,11 = 1,11 (cp)L = kalor spesifik feed = 0,44 (Tb) = titik didih feed = 93,7 0C (TF) = suhu feed masuk kedalam kolom = 54,6 0C (Feed dalam keadaan panas)

Sehingga didapat kemiringan garis umpan (q line)(SLOPE) q = (q)/(q-1) = (1,11)/( 0,11) = 10,09 Gambar garis (q) agak miring kekananPada gambar, jumlah tray minimm 8 buahTray No.8 untuk Reboiler (pendidih ulang)Umpan dimasukkan pada tray No. 5 dari atasPersamaan garis (q)

36

(Y) = [(-q)/(1 – q)] (X) + [(XF)/(1 – q)](Y) = (1,11)(X) + (0,45)/(1 – 1,11)

(Y) = (3,70)(X) - (4,09)

⑤

37



38

Contoh soal design kolom distilasi sistim Benzene – Toluene(Buku Kern, halaman 502)

20.000 lb/hr of a 50% weight mixture of benzene and toluene is to be distilled at an operating pressure of 5,0 psig to produce a distilate containing 99% weight benzene and botoms containing 95% tolueneHow many plates are required ?Enthalpy are computed above 0 0F using specific heats Fig-3, page-805 and the latent heats from Fig-12, page-815

39

⑥

40


SISTIM ETHANOL - WATER

41

Contoh soal design kolom distilasi sistim Ethanol – Water (Buku Foust, halaman 369)

A mixture of ethanol and waterThe distilate product contains 77,85 % mole (XD) = 0,7785, and the bottom product 0,393 % mole (XB) = 0,00393 and the feed 17,38 % mole (XF) = 0,1738 , of ethanolFrom an energy and material balance, the feed of 43,7 mole/hr contains 42,68 moles of liquid Threfore q = (42,68/43,7) = 0,9766And the slope of the q line, is – 41,4From an energy and material balance arround the top plate with 29,4 moles/hr of reflux at 114 0F, the “internal reflux” L1 is calculated as 32,9 moles/hr and the vapo rate V2 as 42,46 moles/hrThe slope of the operating line representating a matrial balance around the top of the column, is thus (L/V) = 0,775The intersection of this line with the q line determine one point on the operating line giving a material balance around the bottom of the column

42

The calculation of the number of ideal stages is made by drawing the steps as shown

⑦

43


SISTIM METHANOL - WATER

44

Contoh soal design kolom distilasi sistim Methanol – Water (Soal UAS Semester-IV Tahun 2011)

Pemisahan dari Methanol dan water dikerjakan dengan Distilasi dengan mempergunakan Packed Column/Distilation ColumnReflux ratio adalah 3,5Diharapkan bahwa Produk atas mengandung 99,9% berat Methanol dan Produk bawah mengandung 90% berat waterFeed mengandung 60% berat Methanol dan sisanya waterSebelum masuk kedalam kolom , Feed dipanasi dahulu dengan mempergunakan Bottom Produk , sehingga Feed masuk kdalam kolom dalam keadaan LIQUID JENUHKondensor yang dipakai adalah Total Condenser , sedang Reboiler dipakai partial reboiler, kondensor dihubungkan dengan atmosferRate Feed adalah 60.000 lb/hrRencanakan kolom tersebut secara menyeluruh

45

⑧

46



47

Contoh soal design kolom distilasi sistim Benzene - Toluene (Soal UAS Semester-IV Tahun 2011)

20.000 lb/hr of a 50% wt mixture of Benzene – Toluene is to be distilate at 5 psig total presure to produc a distilate or overhead product containning 99,0 % wt of benzene, the volatile component, and a bottom product containning not more than 5% wt of benzeneA reflus ratio of 2,54 mole of refluks per mole distilate will be usedThe feed enter the column on saturated liquidCalculate all of the fraction, same the problem above

48

PERANCANGANKOLOM ABSORPSI

49

LANGKAH LANGKAH PENYELESAIAN SOAL SOAL ABSORPSI GAS

1. Dihitung terlebih dahulu Berat Molekul masing masing zat2. Dihitung berat molekul total Feed masuk kolom3. Dengan data fraksi mole masing masing zat, dihitung

berapa jumlah massa masing masing zat4. Dihitung neraca massa yang terjadi

Seluruh zat yang masuk kolom = seluruh hasil yang keluar5. Zat yang masuk adalah gas dari bawah kolom dan zat cair

dari atas kolom6. Massa gas dengan symbol (V), massa air dengan symbol (L)

Fraksi mole dari (V) yaitu (Y), fraksi mole dari (L) yaitu (X)Dari Literature Buku McCabe II halaman 170Gas yang masuk dari bawah kolom yaitu (Vb, Yb)Zat cair (air) yang masuk dari atas kolom yaitu (La,Xa)Gas yang keluar dari kolom atas kolom yaitu (Va, Ya)Air yang keluar dari bawah kolom yaitu (Lb, Xb)Dari literature Buku Geankoplis halaman 601Gas yang masuk dari bawah kolom yaitu (VN+1), (YN+1)Zat cair (air) yang masuk dari atas kolom yaitu (L0, X0)Gas yang keluar dari kolom atas kolom yaitu (V1, Y1)Air yang keluar dari bawah kolom yaitu (LN, XN)

50

7. Neraca massa yang terjadi yaitu,(Vb) + (La) = (Va) + (Lb)(Vb)(Yb) + (La)(Xa) = (Va)(Ya) + (Lb)(Xb)

(VN+1) + (L0) = (V1) + (LN)(VN+1)(YN+1) + (L0)(X0) = (V1)(Y1) + (LN)(XN)


KOLOM ABSORPSI

51

①

52

PERANCANGAN ALATKOLOM ABSORPSI

SISTIM AMONIA – WATER

53

Contoh soal design kolom absorpsi sistim Amonia – Water(Buku McCabe, halaman 168)

Sebuah menara dengan isian raschig rings dari keramik ukuran 1-in akan dibangun untuk mengolah 25.000 cuft/jam gas umpan (udara)Gas umpan (udara) mengandung amonia dengan kadar 2% volumeSehinga umpan terdiri dari 2% vol NH3 dan 98% vol UdaraSebagai penyerap digunakan water yang tidak mengandung amonia sama sekali, jadi water mengandung 0% vol NH3 dan 100% vol H2OSuhu operasi adalah 68 0F = (528 0R) dan tekanan 1 atmRasio aliran gas terhadap aliran zat cair adalah 1 lb gas per pond zat cair (artinya, 1 lb gas = 1 lb zat cair)a). Jika kecepatan gas adalah setengan kecepatan pembanjir, berapakah diameter diameter menarab). Berapakah penurunan tekanan jika bagian yang berisian adalah setingi 20 ftBerat molekul, udara = (0,21)(O2) + (0,79)(N2) = 29Berat molekul, NH3 (amonia) = 17Sehingga Berat Molekul rata-rata gas umpan (udara) adalah= (29)(0,98) + (0,02)(17) = 28,76Data (gc) = 32,174 ft/lbf.det2 , Viscositas water = 1 centipoisePakai kurva, fig-4 (Buku McCabe-II p-167)

54

②

55


SISTIM ACETONE – WATER

56

Contoh soal design kolom absorpsi sistim Acetone – Water(Buku Geankoplis, halaman 579)

Diinginkan untuk meng-absorbsi 90% acetone yang terdapat dalam udara dengan kandungan 1 mole % dalam sebuah counter-current stage tower.The total inlert gas flow to the tower is 30,0 kg.mole/hr, and the total inlet pure water flow to be used to absorb the acetone is 90 kg.mole H2O/hr.Udara masuk dengan kecepatan 1,5 kali kecepatan minimalnyaProsesnya adalah isothermal pada 300 K dengan tekanan 101,3 kPaDalam sistim ini garis equilibrium-nya berupa garis lurus dengan persamaan YA = (2,53) XA

Tentukan kebutuhan stage yang diperlkan untuk proses separasi ini

57

PENYELESAIANKondisi udara masuk kedalam towerRate = 30,0 kg.mole/hr = (30,0)(2) lb.mole/hr = 60,0 lb.mole/hrKondisi operasi T = 300 K = (37) 0C = [(37)(1,8) + 32] 0F = 98,6 0Fp = 101,3 kPa = 1 atmAnggap udara sebagai gas ideal, sehingga berlaku hukum gay lussac(P1)(V1)/(T1) = (P2)(V2)/(T2)(P1) = 1 atm , (T1) = 32 0F , (V1) = 359 cuft (P2) = 1 atm , (T2) = 98,6 0F (V2) = (P1/P2) X (T2/T1) X (V1)(V2) = (1/1) X (98,6 + 460)/(32 + 460) X (359) cuft(V2) = (558,6/492) X (359) cuft = 407,16 cuft

Berat molekul udara = (29,68)Berat molekul acetone = (44)Udara meliputi (0,01) acetone dan (0,99) udaraBerat molekul campuran = (0,99)(29,86) + (0,01)(44) = 29,38 + 0,44 = 29,82

Sehingga (ρ) udara = (29,82/407,16) = 0,0732

Rate water = 90,0 kg.mole/hr = 180 lbmole/hr = (Lb)Rate udara (Vb) = 60 lb.mole/hr(Yb) = 0,01 acetone = (0,6) lbmole/hr

58

Dari kandungan aceton didalam udara (1% mole) = (0,6) lbmole/hrSebanyak 90% = (0,9)(0,6) lbmole/hr = 0,54 lbmole/hr di absorb dan masuk kedalam fraksi (Lb) sebagai (Xb)Jadi jumlah total water dan acetone yang keluar (Lb) = (180 + 0,54) lbmole/hr = (180,54) lbmole/hr(Xb) = (0,54/180.54) = 0,0029

Sebanyak 10% = (0,1)(0,6) lbmole/hr = 0,06 lbmole/hr sebagai sisa masih berada didalam fraksi (Va)(Va) = (Vb) + (La) – (Lb) = persamaan neraca massa total(Va) = (60) + (180) – (180,54) = 59,46 lbmole/hr(Xa) = (0,06/59,46) = 0,001

Rate water (La) = 180 lb.mole/hr, pure water(Xa) = 0% mole acetone

Jadi koordinat 2 titik yaitu (A) dan (B) adalahTitik (A) , (Xa , Ya) = (0,00 , 0,001)Titik (B) , (Xb , Yb) = (0,0029 , 0,01)Ke-2 dibuat garis AB didalam kurva equilibriumKurva equilibrium dengan persamaan (YA) = (2,53)(XA)

59

③

60


SISTIM SO2 – WATER

61

Contoh soal design kolom absorpsi sistim SO2 – Water(Buku Geankoplis, halaman 601)

Absorbtion of SO2 in tray towerTray tower dirancang untuk meng-absorbsi SO2 dalam udara kering dengan menggunakan air murni pada 68 0FGas masuk terdiri atas 20% mol SO2 dan meninggalkan tower sebesar 2% mol, pada tekanan 101,3 kPa (1 atm)Flow rate udara inert 150 kg udara/jam m2 dan laju aliran air masuk 6.000 kg air/jam m2

Asumsi effisiency overall tray 25%Berapa banyak tray theoritis dan tray sebenarnya yang dibutuhkanAsumsikan bahwa tray dioperasikan pada 293 K (20 0C)

62

④

63


SISTIM CO2 – WATER

64

Contoh soal design kolom absorpsi sistim CO2 – Water(Soal UAS Semester-IV Tahun 2011)

Udara mengandung 20% CO2 dialirkan kedalam sebuah counter current multiple contact stages untuk menurunkan 90% kandungan CO2-nyaUdara masuk dengan kecepatan 100 kg.mole/jamSebagai liquida penyerap digunakan air murni yang masuk dengan kecepatan 150.000 kg.mole/jamRencanakan kolom absorbsi tersaebut secara menyeluruh

65

PERANCANGANBEJANA (VESSEL)

BERSEKATDENGAN PENGADUKAN

66

①

67

CONTOH SOAL PERANCANGANBEJANA BEPENGADUK DAN

BERSEKAT

68

Contoh Soal Perancangan bejana (vessel)Dari Buku McCabe-I, halaman246

Sebuah turbin berdaun rata dan mempunyai enam daun dipasang di pusat tangki vertikalDiameter tangki (Dt) adalah 6 ft, diameter turbin (Da) 2 ft dan terletak (E) 2 ft dari dasar tangkiLebar daun turbin (W) 6 in = 0,5 ftTangki ini diisi sampai kedalaman 6 ft dengan larutan Cautik Soda (NaOH) 50%, pada suhu 150 0F dan viscositasnya (µ) adalah 12 cP = (12)(6,72)(10-4), dan densitasnya (ρ) 93,5 lb/cuftTurbin ini beroperasi pada (n) 90 RPM = 1,5 RPS, Tangkinya bersekatBerapakah daya (P) yang diperlukan untuk mengoperasikan alat pencampur tersebut (P) = ft.lbf/det = (P/550) HP(gc) = 32,174 ft/det2 , Rumus NRe = Reynold Number = [(Da)2(n)(ρ)]/(µ)

Rumus yang dipakai = (P) = (Np)(n)3(Da)5(ρ)/(gc) Lihat kurva 9-13 Buku McCabe-I hal, 242, kurva NP versus NRe

69

Data (NRe) masuk ke kurva , cari (NP), NP = angka daya

Kurva fig 9-13, Buku NsCabe-I , hal 242 terdapat 4 kurva (A, B, C, D)(A) Untuk daun vertikal dengan S4 = 0,25(B) Untuk impeller yang serupa tetapi dengan daun yang lebih

sempit dengan S4 = 0,125(C) Untuk turbin yang serupa untuk kurva (B) tetapi dengan daun

miring(D) Untuk tangki tanpa sekat

Jadi dipakai kurva no.A

②

70

CONTOH SOAL PERANCANGANBEJANA BEPENGADUK

DAN TANPA SEKAT

71

Contoh Soal Perancangan bejana (vessel)Dari Buku McCabe-I, halaman246

Sebuah turbin berdaun rata dan mempunyai enam daun dipasang di pusat tangki vertikalDiameter tangki (Dt) adalah 6 ft, diameter turbin (Da) 2 ft dan terletak (E) 2 ft dari dasar tangkiLebar daun turbin (W) 6 in = 0,5 ftTangki ini diisi sampai kedalaman 6 ft dengan larutan Cautik Soda (NaOH) 50%, pada suhu 150 0F dan viscositasnya (µ) adalah 12 cP = (12)(6,72)(10-4), dan densitasnya (ρ) 93,5 lb/cuftTurbin ini beroperasi pada (n) 90 RPM = 1,5 RPS, Tangkinya tanpa sekat

72

Berapakah daya (P) yang diperlukan untuk mengoperasikan alat pencampur tersebut (P) = ft.lbf/det = (P/550) HP

Kurva fig 9-13 , Buku McCabe, hal.242Dipakai kurva No. (D)

(NFr) = [(n)2(Da)]/(gc), (NFr) = Froude NumberUntuk kurva fig 9-13 dan fig 9-14, Buku McCabe-I hal, 242 dan 243Terdapat korelasi yaituBila digunakan kurva yang putus-putus angka daya (Np) yang dibaca dari skala ordinat harus dikoreksi dengan mengalikannya dengan (NFr)m , (m) = [(a) – log (NRe)]/(b)(a) dan (b) didapat dari Tabel 9-1 , konstanta untuk persamaanUntuk kurva (D), didapat harga (a) = 1,0 dan (b) = 40,0

CONTOH SOAL PERANCANGANBEJANA BEPENGADUK

DENGAN SEKAT DAN TANPA SEKAT

73

③

74

Contoh Soal Perancangan bejana (vessel)(Soal UAS Semester IV tahun 2011)

Sebuah tangki dengan diameter 4 ft dan tinggi 6 ft diisi sedalam 4 ft dengan larutan Latex yang mempunyai viscositas 10 P dan densitasnya 47 lb/cuft, serta suhunya 150 0FDidalam tangki itu dipasang sebuah propeler berdaun tiga yang diameternya 12 inch, pada jarak 1 ft dari dasar tangkiJarak bagi 1:1 (jarak bagi sama dengan diameter)Motor yang ada dapat membangkitkan 10 HPPeriksa apakah motor ini mampu menggerakan agitator itu pada kecepatan 1.000 RPM

75

Tangki itu dalam kondisi bersekat dan tanpa sekatUntuk perancangan tangki asumsikan bagian tutup dan bagian bawah berbentuk Dished Head

PERANCANGANALAT EVAPORATOR

76

①

77


SINGLE EFFECT EVAPORATOR

78

Contoh Soal Perancangan Single Effect Evaporator(Buku Badger, halaman 301)

Process evaporation on NaOH solutionFeed (F) with 10.000 lb/hr of a 20% solution of sodium hydroxide at 100 0F (temperature of feed 100 0F, XF = 20%)This is to be concentrated to 50% solution (XL = 50%)The evaporator is supplied with saturated steam (S) at 5 psig and operated with he vapor space at a vacuum of 26 in, reffered to a 30 in barometer ( p saturated steam 5 psig = 19,7 psia, p water vapor = (30 – 26) in Hg = 4 in Hg = 1,47 psi)

79

There is negligible entrainmentCondensate may assumed to leave at steam temperature, and losses by radiation are to be neglectedWhat is the steam consumption ?If the over-all heat transfer coefficient (U) is 400 Btu/hr.sqft.0F)What is the heating surface (A) required ?The evaporator is provided with a barometric counter-current contact condenser, fed with water at 60 0FThe exit water is at 120 0F, (t1 water = 60 0F, t2 water = 120 0F)How much cooling water is required ?

②

80



81

Contoh Soal Perancangan Single Effect Evaporator(Buku Badger, halaman 301)

A single effect evaporator, is to be used to evaporate of 20.000 lb/hr, of 50% NaOH solution to 70% solutionOperating will be at vacuum 0f 27 in Hg, reffered to a 30 in Hg barometerSaturated steam at 70 psig is to be used as the heating medium

82

It is estimated that an overall coefficient (U) of 700 Btu/hr.sqft.0F will be obtainedDetermine that heat transfer surface required and the pound of water evaporated per pond steam, if the feed to the evaporator is at 200 0FBoiling point of 70% NaOH solution at 3 in Hg abs = 243 0FEnthalphy of 70% NaOH solution at 243 oF = 380 Btu/lb

③

83



84

Contoh Soal Perancangan Single Effect Evaporator(Buku Geankoplis, halaman 488)

Heat transfer area in sinlge effect evaporatorA continous single effect evaporator concentrates 9.072 kg/hr of a 1,0 % wt salt solution entering at 37,8 0C to a final concentration of 1,5 % wtThe vapor space of the evaporator is at 101.325 kPa (1 atm abs) and the steam supplied is saturated at 143,3 kPaThe ovrall coefficient (U) = 1.704 W/in2.K Calculate the amounts of vapor and liquid product and the heat transfer area required

85

Assumed that, since it is dilute, the solution has the same boiling point of water

④

86


TRIPLE EFFECT EVAPORATOR

87

①

88

Contoh Soal Perancangan Triple Effect Evaporator(Buku Kern, halaman 412)

Calculation of a Triple effect forward feed EvaporatorIt is desire to concentrate 50.000 lb/hr of a chemical solution at 100 0F and 10,0 % solids to a product which contains 50% solidsSteam is available at 12 psig and the last effect of a triple effect evaporator with equal heat transfer surface in each effect will be assumed to operate at a vacuum of 26,0 in Hg reffered to a 30 in barometer Water is available at 85 0F for use in a barometric condenser

89

Assume a negligible BPR , an average specific heat of 1,0 in all effect leaves at its saturation temperature an that there are negligible radiation lossesCalculatea). Steam cunsmptionb). Heating surface required for each bodyc). Condenser water requirementThe accepted overall coefficient of heat transfer for the different will be U1 = 600, U2 = 250 and U3 = 125 Btu/hr.sqft.0F

②

90

Contoh Soal Perancangan Triple Effect Evaporator(Buku Badger, halaman 231)

A triple effect forward evaporator is to concentrate a 10% solution of sodium hydroxide to 50%The feed is to be at 100 0F and is to be of such an amount as to contain 5 tons NaOH per hourSteam is available at 236 0F (23.2 psia), and a vacuum of 28 in (refered to a 30-in barometer) may be maintained on the last effectHeat transfer coefficients may be assumsed to be U1 = 1100, U2 = 600 , U3 = 400Forward feed is to be usedRadiation losses and looses by entrainment may be neglectedCondensate may be assumsed to leave at the saturation temperature of the steam

91

What heating surface must be used (all effect have the same surface) and what is the steam consumption ?What is the evaporation per pound of steam ?

③

92

Contoh Soal Perancangan Triple Effect Evaporator(Buku Geankoplis, halaman 495)

A triple forward feed evaporator is being used to evaporated a sugar solution containing 10% wt solids to a concentrated solution of 50% wtThe boiling point rise of the solution (indepenent of presure) can be estimated from BPR 0C = 1,78 X + 6,22 X2 , where X is wt fraction of sugar in solution (K1)Saturated steam at 205,5 kPa (29,8 psia) (250 0F or 121,1 0C) saturation temperature is being usedThe presure in the vapor space of the third effect is 13,4 kPa (1,94 psia)The feed rate is 22.680 Kg/hr (50.000 lbm/hr) at 26,7 0C (80 0F)The heat of solution is considered to be negligibleThe coefficint of heat transfer have been estimated as

93

(U1 = 3123, U2 = 1987, U3 = 1136) W/m2.K , or (U1 = 550, U2 = 350, U3 = 200) Btu/hr.sqft.0FIf each effect has the same surface areaCalculate the area , the steam rate used and the steam economy

④

94

Contoh Soal Perancangan Triple Effect Evaporator(Buku Geankoplis, halaman 506, soal 8.5-2)

A triple effect evaporator with forward feed is evaporating a sugar solution with negligible boiling point rise (less than 1,0 K,which will be neglected) and containing 5% wt solids to 25% wt solids Saturated steam at 205 kPa abs is bein usedThe pressure in the vapor space of of the third effect is 13,65 kPaThe feed rate is 22.680 kg/hr and the temperature 299,9 KThe liquid heat capacityis cp = 4,19 – 2,35 X, where cp is in kJ/kg and (X) in wt fraction (K1)The heat transfer coeficient are U1 = 3123, U2 = 1987 and U3 = 1136 W/m2.KCalculate the surface area of each effect, if each effect the the same area and calculate the steam rate[Area (A) = 99,1 m2], steam rate (S) = 8972 kh/hr

95

PERANCANGANALAT

HEAT EXCHANGER

96

①

97


HEAT EXCHANGER TYPE 1-2

98

Contoh Soal Perancangan Heat Exchanger Type 1-2(Buku Kern, halaman 151)

Calculation of a Kerosene – Crude Oil ExchangerSuatu alat penukar panas dipergunakan untuk mendinginkan kerosene dan mempergunakan crude oil sebagai pendinginBanyaknya kerosene yang didinginkan 43.800 lb/jam, 42 0API meninggalkan kolom distilasi pada suhu 300 0F Kerosene tersebut didinginkan menjadi 200 0F oleh crude oil sebanyak 149.000 lb/hr, 34 0API yang dialirkan dari tangki penimbunn pada suhu 100 0F menjadi 170 0F akibat pemanasan dari kerosene Besarnya penurunan tekanan (pressure drop) yang di-izinkan 10 psi dengan faktor kotor 0,003 (Rd)Shell yang dipergunakan berukuran diameter dalam (ID) = 21,25 inch, jumlah tube 158, diameter 1 inch OD, serta 13 BWG, panjangnya 16 ft dengan susunan 1,25 inch square pitch

99

Jumlah pass bundel atau tube side = 4, jarak antara sekat 5 inchApakah alat penukar kalor ini layak dipergunakan ?Bagaimana mengenai faktor pengotoran yang diperbolekhan ?

Diameter = 21,25 inchJarak sekat (baffle space) = 5 inchJumlah pass shell = 1Jumlah tube yang dipergunakan = 16 ftDiameter luar tube = 1 inchTebal tube = 13 BWGSusunan tube = square pitch,

jarak 1,25 inch Jumlah pass tube = 4

②

100



101

Contoh Soal Perancangan Heat Exchanger Type 1-2(Soal UAS SEM-IV tahun 2011)

Design of the 1-2 shell and tube heat exchangerSuatu alat penukar panas (Shell & Tube HE) dipergunakan untuk mendinginkan Kerosene dengan mempergunakan Crude Oil sebagai pendingin. Banyaknya kerosene yang didinginkan sebanyak 50.000 lb/jam Kerosene yang didinginkan mempunyai data-data 42 0API meninggalkan kolom fraksinsi pada suhu 400 0F Kerosene tersebut didinginkan menjadi 200 0F oleh Crude Oil (mid-continent crude oil). Crude oil tersebut mempunyai data 34 0API yang dialirkan dari tangki penimbunan pada suhu 100 0F dan dipanaskan menjadi 170 0F akibat pemanasan dari Kerosene, untuk di proses dalam kolom fraksinasi Besarnya penurunan tekanan (pressure drop) (∆p) yang diizinkan 10 psi dengan factor kekotoran (Rd) 0,003 Shell yang dipergunakan berukuran diameter dalam

102

(ID) = 21,25 inch, jumlah tube 160 buah, diameter tube 1 inch OD type tube 13 BWG panjangnya 16 ft dengan susunan 1,25 inch triangle pich . Jumlah pass bundle atau tube side = 4 , sedangkan jarak antara sekat (clearance) 5 inchRencanakan alat 1-2 Shell & Tube Heat Exchanger tersebutdengan memperhatikan (∆p) = 10 psi dan Rd = 0,003 max

③

103



104

Contoh Soal Perancangan Heat Exchanger Type 2-4(Buku Kern, halaman 181)

Minyak dengan density 33,5 0API, mermpunyai kekentalan 1,0 centipoise pada suhu 180 0F dan 2,0 centipoise pada suhu 100 0FMinyak sejumlah 49.600 lb/hr itu meninggakan kolom distilasi pda suhu 358 0F, and is to be used in an absorption process at 100 0FUntuk mencapai suhu tersebut , minyak dilewatkan melalui pendingin , yang menggunakan water sebagai pendinginSuhu water naik dari 90 0F sampai 120 0FBesarnya penurunan tekanan yang di-izinkan 10 psiFouling faktor (Rd) = 0,004, ID shell 35 inch dengan 2-4 passesJumlah tube 454, OD tube = 1 inch , panjang 12 ft dan tebalnya 11 BWG disusun bentuk bujur sangkar dengan pitch = 1,25 square pitch

105

Bundel direncanakan 6 pass dan jarak antara sekat atau pich baffle = 7 inch, The longitudinal baffle is welded to the shell Coba saudara selidiki apakah penukar panas jenis 2-4 pass itu memadai untuk dioperasikan

PERANCANGANALAT

CRYSTALLIZER

106

①

107


CRYSTALLIZERDENGAN PENDINGINAN

108

Contoh Soal Perancangan Crystallizer dengan Pendinginan(Buku McCabe-II , halaman 339)

Suatu larutan yang terdiri dari 30% MgSO4 dan 70% H2O didinginkan hingga suhu sampai 60 0FSelama pendinginan 5% dari total water yang terdapat didalam sistem menguapBerapa kilogram kristal yang didapat per kilogram campuran semula ?

PenyelesaianDari gambar diagram fase sistim MgSO4.H2O

109

Terlihat bahwa kristal tersebut adalah MgSO4.7H2O dan bahwa konsentrasi cairan induk adalah 24,5 % MgSO4 bebas air dan 75,5 % H2O per 1.000 kg larutan awalAir total adalah (0,70)(1.000) kg = 700 kgBanyaknya penguapan adalah (0,05)(700) kg = 35 kgBobot molekul MgSO4 dan MgSO4.7H2O total dalam tumpak itu adalah (1.000)(0,30)(246,5/120,4) = 614 kg dan air bebas adalah (1.000) – (35) – (614) = 351 kgDalam 100 kg cairan induk terdapat (24,5)(246,5/120,4) = (50,16) kg MgSO4.7H2O dan (100 – 50,16) kg MgSO4.7H2O didalam cairan induk, Jadi adalah (50,16/49,84)(351) = 353 kgPanen akhir adalah (614) – (353) = 261 kg

②

110


CRYSTALLIZERDENGAN PENDINGINAN

111

Contoh Soal Perancangan Crystallizer dengan Pendinginan(Buku Chopey & Hicks, halaman 10-4)

Solid-Phase Generation of a Hydrated salt by CoolingA 35 % wt aqueous MgSO4 solution is originally present at 200 0FIf the solution is cooled (with no evaporation) to 70 0FWhat solid-phase hydrate will form ?If the crystallizer is operated at 10.000 lb/hr of feed,

112

How many pounds of cryatals will be produced per hour ?What will be the solids-phase yield ?

③

113


CRYSTALLIZER

114

DENGAN PEMANASAN

Contoh Soal Perancangan Crystallizer dengan Pemanasan(Buku Chopey & Hicks, halaman 10-6)

Solid-Phase Generation of Hydrated Salt by BoilingConsider 40.000 lb/hr of a 25 % wt MgSO4 solution being fed at 200 0F to an evaporative crystallizer that boils off water at a rate of 15.000 lb/hr

115

The cystallizer is operated at 130 0F under vacuum conditionDetermine the solid-phase composition , solid-phase production rate, and solid-phase yieldAlso calculate the required energy addition rate for process

116

④

117


CRYSTALLIZERDENGAN PEMANASAN

Contoh Soal Perancangan Crystallizer dengan Pemanasan(Buku McKetta, halaman 802)

118

Anhydrous Na2CO3 , Evaporative CrystallizationGiven 100 lb of solution at 25 % Na2CO3

Find Yield of crystals if 50 % of the solution is evaporated at 120 0CNote. Solubility is 29,5 % NaCO3 at 120 0C

Table information

No Total Na2CO3 H2O Note1. Feed 100 25 75 Given2. Evaporation 50 --- 50 Given3. Mother liquor 35,46 10,46 25

Yield 14,54 14,54

Mother liquor

(29,5) parts Na2CO3

= [ ------------------------------] X (25) lb water = (10,46) lb Na2CO3

(70,5) parts water

At 120 0C, solution is (100% - 29,5%) = (70,5%) water

AnswerBy evaporating 50% of the solution at 120 0CA slurry containing 14,54 lb of Na2CO3 crystals and 35,46 lb of (saturated) mother liquor is formed

119

PERANCANGANALAT

EXTRACTOR

DESTILASI

Documents

Transcript of DESTILASI