Lampiran Menara Distilasi MD - 01

download Lampiran Menara Distilasi MD - 01

of 54

  • date post

    01-Oct-2015
  • Category

    Documents

  • view

    736
  • download

    176

Embed Size (px)

description

teknik kimia

Transcript of Lampiran Menara Distilasi MD - 01

Prarancangan Pabrik Formamid dari Metil Formiat dan Ammonia dengan Kapasitas 7.000 ton/tahun

MENARA DISTILASI 01

(MD 01)

PERHITUNGAN MENARA DISTILASI DENGAN SHORTCUT

Tugas:Memisahkan cairan hasil bawah SD-02 sebanyak 1895,422 kg/jam menjadi hasil atas sebanyak 1011,58 kg/jam dan hasil bawah sebanyak 883,84 kg/jam.

Jenis:Menara sieve tray

Gambar 1. Menara Distilasi

Menara distilasi 1 (MD-01) dalam prarancangan pabrik formamid ini bertugas untuk memisahkan produk dari reaktor (R-01) yang sebelumnya telah dipisahkan menggunakan separator drum (SD-02).Pada perancangan menara distilasi digunakan condenser total, dimana uap yang masuk pada kondisi dew point akan dicairkan seluruhnya pada suhu tertentu. Reboiler yang digunakan adalah reboiler parsial, dimana cairan yang masuk ke reboiler tidak semuanya diuapkan.Uap hasil reboiler dimasukkan kembali ke dalam menara dan cairan yang tidak diuapkan sebagai hasil bottom. Pada proses ini diambil air sebagai light key component dan formamid sebagai heavy key component.

Asumsi yang digunakan dalam perhitungan menara distilasi adalah :

1). Fasa cair merupakan larutan ideal

2). Fasa uap merupakan gas ideal

3). Pada setiap plate terjadi kesetimbangan fase uap-cair

4). Tidak terjadi pertukaran panas dari atau kelingkungan

5). Penurunan tekanan di tiap plate sama

6). Aliran fasa uap dan cair equimolal

7). Panas pencampuran dan panas pengenceran diabaikanLangkah-langkah yang dilakukan pada perancangan menara distilasi adalah sebagai berikut :

1. Menentukan kondisi operasi pada umpan, distilat, dan bottom.

2. Menentukan key component dan distribusi non-key component..3. Menentukan Refluks Minimum dan Jumlah Plate Minimum.

4. Penentuan plate umpan.

5. Melakukan perhitungan dengan metode plate to plate, yaitu perhitungan dilakukan pada setiap stage pada menara distilasi. Perhitungan dilakukan dengan menyusun neraca massa total, neraca massa komponen, neraca panas dan persamaan kesetimbangan pada setiap stage. Perhitungan dimulai dari stage paling atas (sebelum masuk kondenser) sampai stage paling bawah (reboiler), sampai diperoleh komposisi komponen sesuai dengan spesifikasi hasil yang diinginkan.

6. Perhitungan beban reboiler dan condenser.

7. Perhitungan mechanical design menara distilasi. Perhitungan ini menyangkut ukuran atau dimensi menara distilasi.

Kondisi operasi :

Feed plate: T = 103,184 CTop plate: T = 135,321 CBottom plate: T = 241,379 CMenara distilasi bekerja pada tekanan 1,8 2,2 atm.Komposisi hasil distilat dan bottom yang diinginkan (mula-mula) adalah :KomponenUmpan

kg/jamDistilateBottom

kg/jamkg/jam

Metil Formiat (HCOOCH3) 124.1945124.19879.42

Metanol (CH3OH)651.7378651.744.42

Air (H2O)220.9596216.540.00

Formamid (HCONH2)898.5319.110.00

TOTAL1895.4221011.58883.84

A. Kondisi Umpan

Umpan masuk menara distilasi dalam keadaan cair jenuh sehingga kondisi operasi pada keadaan ini dapat ditentukan melalui trial suhu hingga yi = 1 dengan menggunakan persamaan kesetimbangan :yi = Ki. Xi()nilai Ki dapat dihitung dengan persamaan dibawah ini :Ki = Pi/PT()dengan : yi =fraksi mol komponen di fase uapxi = fraksi mol komponen di fase cairKi = konstanta kesetimbanganPT = tekanan total,

Pi = tekanan uap komponenTekanan uap (Pi) masing masing komponen dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Antoine berikut :

()dengan : Po = tekanan uap, mmHgT = suhu cairan, KNilai konstanta A, B, C, D, dan E diperoleh dari Yaws (1999).

Didapat suhu umpan, Tumpan = 376,3342 K (= 103,1842 oC) KOMPONENkmol/jamxiPo, mmHgKi=Po/Py=K.xi

HCOOCH32.06820.03796255.84024.11570.1559

CH3OH20.32950.37232921.85911.92230.7157

H2O12.26480.2246850.00540.55920.1256

HCONH219.93840.365211.38840.00750.0027

TOTAL54.60091.00001.0000

B. Kondisi Operasi Atas (Distilat)

Hasil distilat juga dalam keadaan jenuhnya, sehingga suhu keluaran atas MD 01 di-trial hingga xi =1 dengan menggunakan persamaan kesetimbangan (1), dengan PT = 1,8 atm. Dari perhitungan, kondisi kesetimbangan di bawah didapatkan suhu (T) pada dew point = 387,2495 K ( 114,0995 oC).KOMPONENkmol/jamyiPo, mmHgKi=Po/Px=K.yi

HCOOCH32.06740.05987988.86965.83980.0102

CH3OH20.29300.58694049.76302.96040.1982

H2O12.01950.34761229.99210.89910.3866

HCONH20.19940.005819.48860.01420.4047

TOTAL34.57931.00000.9998

C. Kondisi Operasi Bawah (Bottom)

Kondisi pada bottom berupa cair jenuh (bubble point), sehingga dilakukan trial suhu hingga yi = 1 dengan menggunakan persamaan kesetimbangan (1), dengan PT = 2,2 atm. Dari perhitungan, didapatkan suhu (T) pada bubble point = 514,5796 K (=241,4296 oC).KOMPONENkmol/jamxiPo, mmHgKi=Po/Py=K.xi

HCOOCH30.00084E-0562435.717237.34190.0015

CH3OH0.03650.001862917.759137.63020.0685

H2O0.24530.012325709.687215.37660.1884

HCONH219.73900.98591257.48210.75210.7415

TOTAL20.02161,00000.9999

D. Penentuan Key ComponentPemilihan key component didasarkan pada zat yang kita ingin pisahkan dan volatilitas relatifnya. Volatilitas relatif, (, tiap komponen dihitung dengan persamaan :

()

dengan subskrip HK mengacu pada heavy key.

Volatilitas rata rata dihittung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

()

dengan,

avg : volatilitas rata rata

d: volatilitas di distilat

f: volatilitas di umpan (feed)

b: volatilitas di bottom

sehingga diperoleh dapat volatilitas sebagai berikut:Komponen,f,d,bavg

HCOOCH370.3261409.926149.6514100.1653

CH3OH61.6664207.802150.034779.2966

H2O24.047263.113520.445429.3908

HCONH21.00001,00001,00001,0000

Dalam perancangan MD-01 ini key component yang dipilih adalah sebagai berikut:

Light key component

= Air

Heavy key component = Formamid

E. Menentukan Refluks Minimum dan Jumlah Plate Minimum

Besarnya refluks minimum dapat dihitung dengan persamaan Fenske :

()

sedangkan nilai ( dapat ditentukan dengan persamaan :

()dengan :

Rmin= refluks minimum

q

= rasio panas untuk menguapkan umpanterhadap panas laten penguapan umpan

XD

= fraksi mol fase cair di distilat

ZF

= fraksi mol fase cair di umpan

Apabila umpan menara distilasi pada keadaan cair jenuh dengan q = 1. Dari hasil perhitungan diperoleh:

= 30.8050Rmin = 0.6189Sedangkan untuk jumlah plate minimum dapat dihitung dengan persamaan Underwood:

()

Dengan,

Nm= jumlah plate minimum

Sehingga,

F. Perhitungan distribusi non-Key componentDistribusi dari non-key component didapatkan dengan menggunakan persamaan:

()dengan

Distribusi komponen yang didapatkan adalah :KomponenUmpan, kmol/jamxiDistilat, kmol/jamxiDBottom, kmol/jamxiB

HCOOCH32.06820.03792.06740.05980.00080,0000

CH3OH20.32950.372320.29300.58690.03650.0018

H2O12.26480.224612.01950.34760.24530.0123

HCONH219.93840.36520.19940.005819.73900.9859

Total54.60091,000034.57931,000020.02161,0000

G. Perhitungan Reflux dan Jumlah Stage Ideal

Hubungan antara jumlah plate minimum (Nm) dan reflux ratio minimum (Rm) ditentukan dengan persamaan:

()Untuk mencari jumlah plate actual (N) digunakan grafik 11.11 Coulson. Sebelumnya dibutuhkan data berupa dan untuk dimasukkan ke dalam grafik sehingga diperoleh nilai

Dari grafik 11.11 Coulson diperoleh:

sehingga, nilai N sebesar = 5,0375H. Perhitungan Efisiensi

Efisiensi kesuluruhan dari menara distilasi dihitung menggunakan persamaan O Connell (Coulson and Richardson, 1983).

()

dengan:

E0: efisiensi overall (%)

avg: viskositas pada suhu rata-rata (cp)

avg: volatilitas relatif light-key component pada suhu rata-rataData dan rumus untuk menentukan viskositas dari masing masing komponen antara lain:

()KOMPONENABCD

HCOOCH3-8,06371,011032,0910-2-2,3010-5

CH3OH-9,05621,251032,2410-2-2,3510-5

H2O-10,21581,791031,7710-2-1,2610-5

HCONH2-10,36461,971031,8210-2-1,2610-5

T dalam K dan dalam mNs/m2

Suhu yang digunakan adalah suhu rata rata antara suhu distilat dan suhu bottom:

Data relative volatility untuk masing masng komponen pada suhu 294,0271 K adalah sebagai berikut:KOMPONEN, mNs/m2

HCOOCH30.0839

CH3OH0.1092

H2O0.1490

HCONH20.4457

Diperoleh:

avg = 0.1970 cp

avg = 29.0644E0 = 26.3729 %

()

I. Penentuan Letak Feed PlatePenentuan letak plate umpan ditentukan menggunakan persamaan Kirkbride (1994) sebagai berikut:

()

dengan :

Nr= jumlah plate di atas feed plateNs= jumlah plate di bawah feed plate

Perhitungan dijabarkan sebagai berikut:

B = 20.0216D = 34.5793

B/D = 0.5790 Xf,HK = 0.3652

Xf,LK = 0.2246

(Xf,HK/ Xf,LK) = 1.6257

Xb,LK = 0.0123Xb,HK = 0.9859

(Xb,LK/Xb,HK)2 = 0.000154429Sehingga,Log(Nr/Ns) = -0.7905

Nr/Ns = 0.1620Nr + Ns = 16

Nr = 2.2304

Ns = 13.7696Maka stage umpan adalah stage ke-3 dari atas atau stage ke-14 dari bawah.J. Beban PanasBeban panas untuk condenser dan reboiler dihitung berdasarkan neraca panas pada masing-masing alat.

Neraca panas condenser:

Gambar 2. Skema Gambar Condenser

()

()

Kondisi di daerah condenser antara lain:

P = 1.8 atm

Tdew = 114.0995 oC = 387.2495 K

Tbubble = 40.3789 oC = 313.5289 K

Input (arus V1) ; T = Tdew = 387.2495 K

KOMPONENV1 (kmol/jam)H1, (kJ/kmol)V1.H1