menara distilasi 01 editan

of 64

  • date post

    12-Jul-2015
  • Category

    Documents

  • view

    501
  • download

    1

Embed Size (px)

Transcript of menara distilasi 01 editan

MENARA DISTILASI 01Tugas : memisahkan sebagian besar senyawa dimetil eter dari campurannya dengan senyawa metanol dan air sehingga diperoleh sebagai hasil atas dengan kemurnian 99 % sebanyak 3787.9 kg/j Alat : Kolom dengan sieve tray (perforated plate) Neraca massa( kg/j )

QC

D.HD

(CH3)2O = 3784,1 CH3OH = 3,8 = 3787.9

B.HB QB

CH3OH = 1316.0 H2O = 1826.1

1

Cara perhitungan: Jumlah plate yang diperlukan dihitung dengan cara short cut menggunakan metoda FUG (Fenske, Underwood dan Gilliland) Data tekanan uap : Tekanan uap murni komponen ditentukan dengan persamaan uap Antoine. B ln p = A - T+C p = mmHg T = suhu, K dengan harga A, B dan C sebagai berikut : Komponen (CH302OH CH3OH H2O Kondisi operasi: PUNCAK Distilat dalam fase cair jenuh. Tekanan operasi, P = 11.5 atm Suhu, T = 48C = 321K (Suhu ditrial sampai X = 1 ) A 16,8467 18,5875 18,3036 B 2361,44 3626,55 3816,44 C -17,10 -34,29 -46,13 ........(1)

Komponen

Kg

D,kmol

xi.D

Ki=po/p

Yi.D =

i=

2

(CH3)2O CH3OH H2O Jumlah P = 11,414

3784,1 3,8 0,0 3787,9

82,13805 0,11859 0,00000 82,25664

0,99856 0,00144 0,00000 1,00000

1,004 0,043 0,009

Ki.XiD 1,00217 0,00006 0,00000 1,00224

Ki/Khk 23,1439 1,0 0,2185

T = 49oC = 322oK (Ditrial sampai Y = 1 ) Komponen (CH3)2O CH3OH Yi 0.99856 0,00144 Ki= po/p 1,033 0,046 Xi= yi/ki 0,96629 0,03158

UMPAN Umpan masuk dalam kondisi cair jenuh. Pada 11.5 atm dan T = 89.3C (Suhu ditrial sampai Y = 1)

Komponen Umpan (CH3)2O CH3OH H2O Jumlah Kg 3822,3 1316,0 1826,1 6964,4

F,kmol 82,96722 41,06981 101,3599 0 225,3969 4

xi.F 0,36809 0,18221 0,44970 1,00000

Ki=po/p Yi.F 2,534 0,213 0,058 Ki.XiF 0,93274 0,03886 0,02617 0,99777

= i= Ki/Khk 11,881 1,0 0,273

3

BAWAH: Hasil bawah dalam fasa cair jenuh. Tekanan, P = 11.6 atm Suhu, T = 167.1C = 440.1K (Suhu ditrial sampai Y = 1) kg 38,2 1312,2 1826,1 3176,5 B,kmol 0,82917 40,95122 101,3599 0 143,1403 0 Distribusi komponen : Sebagai komponen kunci ringan (light key component/lk) dipilih (CH3)2O Sebagai komponen kunci berat (heavy key component/hk) dipilih CH3OH Distribusi komponen ditentukan dengan menggunakan persamaan (9-164) (Treyball, 1981) : xi.B 0,00579 0,28609 0,70812 1,0 Ki=po/p 8,837 1,760 0,625 Yi.B = Ki.XiB 0,05119 0,50352 0,44288 0,99759 i= Ki/Khk 5,0213 1,0 0,3554

Komponen (CH3)2O CH3OH H2O Jumlah

xJD j-1 xlkD lk-xj xhkD = + zjF lk-1 zlkF Ik-1 zhkF dengan : xjD = mol komponen j pada hasil atas

4

zjF = mol komponen j dalam umpan zlkF = mol komponen kunci ringan dalam umpan xlkD = mol komponen kunci ringan dalam hasil atas zhkF = mol komponen kunci berat dalam umpan xhkD = mol komponen kunci ringan dalam hasil atas j = volalitas relatif komponen j = Kj / Khk K = konstanta keseimbangan =p/p ; p = tekanan uap murni komponen Syarat : - Jika nilai xjD/zjF antara [-0.01] dan [1.01] maka komponen tersebut akan terdistribusi ke dalam dua hasil yaitu hasil atas dan hasil bawah. - Jika xjD/zjF > 1.01 maka komponen hanya ada pada hasil atas - Jika xjD/zjF < -0.01 maka komponen hanya ada pada hasil bawah Persamaan (9.164) (Treybal, 1981):

Untuk (CH3)2O : xjD 11.881 - 1 82.13805 11.881 - 11.881 0.11859 = x + x zjF 11.881 - 1 82.96722 11.881 - 1 41.06981 = -0.01 < 0.990 < 1.01

5

Jadi (CH3)2O ada di hasil atas dan bawah

Untuk CH3OH : xjD 1 -1 82.13805 11.881 - 1 0.11859 = x + x zjF 11.881 - 1 82.96722 11.881 - 1 41.06981 = -0.01 < 0.003 < 1.01 Jadi CH3OH ada di hasil atas dan bawah

Untuk H2O : xjD 0.273 - 1 82.13805 11.881 - 0.273 0.11859 = x + x zjF 11.881 - 1 82.96722 11.881 - 1 41.06981 = -0.063 < -0.01 Jadi H2O hanya ada di hasil bawah Menentukan jumlah plate minimum Jumlah plate minimum (Nmin ) digunakan jika refluknya tak terhingga. Volatilitas relatif rata-rata : i rata-rata = (( i atas ).( i bawah )) i = Ki/Khk Komponen (CH3)2O CH3OH i atas 23,1439 1,0 i bawah 5,0213 1,0 i rata2 10,7802 1,0

6

H2O

0,2185

0,3554

0,2786

Persamaan yang digunakan adalah persamaan Fenske : xlk,D xhk,B log( x ) xhk,D xlk,B Nmin + 1 = log( lk rata-rata) (Pers. 9.167 Treyball, 1981) 0.99856 0.28609 log( x ) 0.00144 0.00579 = log (10.7802 ) = 4.39 Nmin = 4.39 1 = 3.39 Jadi jumlah plate minimum adalah 3.39 Menentukan Refluk minimum Refluk minimum dihitung dengan menggunakan persamaan Underwood : i.xiD = Rmin + 1 ........ (Pers. 13-42 Perry,1984) i - i.xiF = 1 - q ........ (Pers. 13-43 Perry,1984) i - dengan: Rmin i = refluk minimum = volalitas relatif rata-rata komponen i

Nmin + 1

7

q

= menggambarkan kondisi panas umpan =1 =0 (umpan cair jenuh) (umpan uap jenuh)

xiD xiF

= fraksional komponen i di hasil atas = fraksional komponen i di umpan = parameter Underwood (dicari dengan trial )

Karena umpan cair jenuh, maka q = 1, sehingga : i.xiF = 0 i (10.7802)(0.36809) (1)(0.18221) ( 0.2786)(0.44970) + + = 0 (10.7802) - (1) - ( 0.2786) - Harga dicoba - coba, didapat = 1.54979 dihitung: i.xiD = Rmin + 1 i (10.7802)(0.99856) (1)(0.00144) + = Rmin + 1 (10.7802) - (1) - Rmin + 1 = 1.16 Rmin = 0.16 Jadi refluk minimum adalah 0.16 Jumlah Plate Teoritis Untuk menentukan jumlah plate teoritis digunakan korelasi

8

Gilliland (Fig.13-41 Perry, 1984) Nmin = 3.39 Rmin = 0.16 Dibuat tabel hubungan antara refluk dan jumlah plate: Z 2 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,5 4 4,5 R = Z. Rmin 0,327 0,409 0,425 0,442 0,458 0,475 0,491 0,573 0,655 0,736 R-Rmin/ R +1 0,1233 0,1742 0,1837 0,1929 0,2020 0,2108 0,2195 0,2601 0,2967 0,3298 N-Nmin / N+1 0,54 0,48 0,47 0,46 0,45 0,44 0,44 0,40 0,37 0,35 N= Nmin+X/ 1-X 8,479 7,452 7,296 7,153 7,021 6,899 6,786 6,329 6,002 5,762

Untuk perancangan yang ekonomis, nilai (R - Rmin)/(R + 1) sekitar 0.1 - 0.33 (Ludwig 1964). Dipilih (R - R min )/(R + 1) = 0.2020 Dan jumlah plate teoritis = 7.021 Refluk = 0.458 Jumlah Plate aktual Umpan cair jenuh pada suhu 89.3C = 362.3K lk rata-rata = 10.780 Viskositas zat cair campuran : ln campuran = xi.ln(i)

9

Komponen Xi (CH3)2O 0,36809 CH3OH H2O 0,18221 0,44970

, cp 0,2525 0,2525 0,3106

lni -1,37649 -1,37649 -1,16920

xi. lni -0,50668 -0,25081 -0,52578

ln campuran = -1.28327 campuran = 0.277 cp ( campuran) x ( lk rata-rata) = ( 0.277 ).( 10.780 ) = 2.988 Dengan ( campuran) x ( lk rata-rata) = 2.99 dan berdasarkan fig.15-9 Peter-Timerhaus diperoleh efesiensi kolom total,Eo = 38 %

N teoritis 7.021 N aktual = = = 18.72 19 Eo 0.38 Letak Plate umpan Letak plate umpan dicari dengan persamaan xlk,D xhk,F log( ) n+1 xhk,D xlk,F = .... (Pers.8-47 Ludwig, 1964) m+1 xlk,F xhk,B log( ) xhk,F xlk,B dengan: n m = jumlah plate pada seksi enriching = jumlah plate pada seksi stirping

10

m + n = jumlah plate total = 19 0.99856 0.18221 log ( ) n+1 0.00144 0.36809 log (343) = = m+1 0.36809 0.28609 log (100) log ( ) 0.18221 0.00579 n+1 = 1.268 m+1 n + 1 = 1.268 .(m + 1) n + 1 = 1.268 .( 19 - n + 1) = 1.268 .( 20 - n) n + 1 = 24.10 - 1.268 n n = 10.2

m = 8.8 Jadi umpan masuk pada plate 11 dari atas.

DIAMETER MENARA a. Puncak menara

V . H V

R = Refluk ratio Lo = R.D

11

= 0,458 ( 82,25664 ) = 40,37905 kmol/j V1 = Lo + D = 40,37905 + 82,25664 = 122,63569 kmol/j Kondisi : T = 49C = 322K P = 11.5 ATM Komponen (CH3)2O CH3OH xi 0,99856 0,00144 1,00000 D, kmol 82,13805 0,11859 82,25664 Lo, Vl,

kmol/jam kmol/jam 40,32804 122,45889 0,05822 0,17681 40,37905 122,63569

BM gas = (0,99856)( 46,070) + (0,00144)( 32,043) = 46,050 kg/kmol P. BMgas Rapat massa gas, g = R.T ( 11,414 ) ( 46,050) g = (0,08206 m3.atm/kmol.K)(322K) = 19,89309 kg/m3 = 1,24133 lb/ft3 Kecepatan volume gas, Qg Wg ( 122.63569 kmol/j )( 46.050 kg/kmol)

Qg = =

12

g = =

19.89309 kg/m3 283.9 m3/j 2.785 ft3/det

Rapat massa zat cair, L = 609.5 kg/m3 = 38.03 lb/ft3 Kecepatan volum cairan, QL : WL ( 40.37905 kmol/j ) ( 46.050 kg/kmol) QL = = L 609.5 kg/m3 = 3.0509 m3/j = 0.0299 ft3/det Tray spacing dipilih = 12 in Dengan fig. 15-6 Peter-Timerhaus, 1981 diperoleh faktor kecepatan pemisahan uap Kv = 0.18

Maksimum vapor velocity Dihitung dengan persamaan 1 halaman 718 Peter-Timerhaus, 1981 : Vmax = Kv. ((L - g)/g) dengan: Vmax = kecepatan superficial maksimum uap, ft/det Kv = faktor pemisahan uap, ft/det

L, g = rapat massa uap dan cairan Vmax = 0.18 (( 38.032 - 1.2413)/1.2413)

13

= 0.977 ft/det = 0.298 m/det Untuk perancangan diambil kecepatan uap 70 % dari Vmax : V = 0.70. ( 0.977 ) = 0.684 ft/det Net tower cross sectional area, An : Qg 2.785 ft3/det An = = V 0.684 ft/det = 4.072 ft

Panjang weir antara 0.6D sampai 0.8D (Treyball, 1981) Diambil w = 0.6D dari tabel 6-1 Treyball, dengan satu downcomer, luas tampang untuk down comer = 5.257 % 4.072 Luas tampang tower, At = = 4.3 ft 1 - 0.05257 Diameter menara, D = (4. At)/ = (4. 4.3)/ = 2.34 ft = 0.713 m b. Bawah menara

14

Kondisi : T = 167.1C = 440.1K P = 11.6 ATM Diketahui: B = 143.14030 kmol/j F = 225.39694 kmol/j Umpan masuk pada cair jenuh, q = 1 Persamaan 8.8 Ludwig 1964 : L' = q.F + L = 1.F + L L' = F + L = 225.39694 + 40.37905 = 265.77599 kmol/j V' = L' - B = 265.77599 - 143.14030 = 122.63569 kmol/j BM cair = (Xi.BMi) = 22.192 kg/kmol BM gas = (Yi.BMi) = 26.472 kg/kmol P. BMgas Rapat massa gas, g = R.T ( 11.6 ) ( 26.472)

15

Rapat massa gas, g = (0.08206 m3.atm/kmol.K)(440.1K) = 8.50343 kg/m3 = 0.53061 lb/ft3 Kecepatan volume gas, Qg : Wg ( 122.63569 kmol/j )( 26.472 kg/kmol) Qg = = g 8.50343 kg/m3 = = 381.8 m3/j 3.75 ft3/det

Rapat massa zat cair, L = 793.7 kg/m3 = 49.52 lb/ft3 Kecepatan volum cairan, QL : WL ( 265.77