menara distilasi 01 editan

download menara distilasi 01 editan

of 64

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 ( 265.77599 kmol/j ) ( 22.192 kg/kmol) QL = = L 793.7 kg/m3 = 7.4313 m3/j = 0.0729 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 :

16

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 (( 49.525 - 0.5306)/0.5306) = 1.724 ft/det = 0.525 m/det Untuk perancangan diambil kecepatan uap 70 % dari Vmax : V = 0.70. ( 1.724 ) = 1.207 ft/det Net tower cross sectional area, An : Qg 3.745 ft3/det An = = V 1.207 ft/det = 3.104 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 % 3.104 Luas tampang tower, At = 1 - 0.05257 = 3.276 ft

17

Diameter menara, D = (4. At)/ = (4. 3.276)/ = 2.04 ft = 0.623 m Dipakai diameter seluruh menara = 2.34 ft = 0.713 m = 28.1 in Cek aliran cairan a. Bagian puncak QL = 0.0299 ft3/det

Kecepatan aliran cairan 0.0299 ft3/det = diameter 2.34 ft = 0.0128 ft3/ft.det Batas maksimum aliran cairan untuk single pass cross flow = 0.165 ft3/ft.det b. Bagian bawah QL = 0.0729 ft3/det Kecepatan aliran cairan 0.0729 ft3/det = diameter 2.34 ft = 0.0312 ft3/ft.det Jadi kecepatan volume cairan di bagian puncak dan dasar menara memenuhi syarat. Tinggi menara (Treyball, 1981).

18

Jumlah plate Tray spacing, ts

= 19 = 12 in

Jarak antara plate 1 dan 19 = 12 . ( 19 - 1) = 216 in = 18 ft Diambil ruang kosong : - Bagian atas = 3 ft

- Bagian bawah = 4 ft Tinggi menara total = 3 + 4 + 18 = 25 ft = 7.62 m = 300 in

Menentukan tebal dinding menara a. Tebal shell Diameter dalam Tekanan operasi : 28.08 in : 11.60 atm ( 170.5 psi ) ( 333F )

Suhu operasi tertinggi : 167C Bahan konstruksi

: stainless steel SA 167 tipe 316

Untuk T = 333F , maka f = allowabl stress : 17500 psi (appendix D, Brownell-Young)

Tebal shell dihitung dengan persamaan 13.1 Brownell-Young : p. ri t = + c f. E - 0.6 p

19

( 170.5 psi ) ( 14.04 in ) = + 0.125 ( 17500 psi ) (0.85) - 0.6 x ( 170.5 psi ) = 0.29 in Dipakai tebal shell standar, t = 0.3125 in OD = ID + 2.t = 28.08 + 2 x ( 0.3125 ) = 28.70 in Dari tabel 5.7 Brownell-Young, OD yang sesuai = 30 in Koreksi: ID = OD - 2t = 30 - 2 x 0.3125 = 29.375 in = 0.746 m

b. Menentukan Tebal Head Bentuk head = Elliptical dished head Dengan perbandingan panjang sumbu mayor dan minor a : b = 2 : 1 Tebal head dihitung dengan persamaan (7.57) Brownell-Young. p.d.v th = + c 2 f E 0,2 p v = ( 2 + k )/6 dengan k = a/b = 2/1 =2 = ( 2 + 2 )/6 = 1 ( 170.5) ( 29,375) th = + 0.125 2 (17500)(0.85) - 0.2 ( 170.5) = 0.29 in Dipakai tebal head = 0.313 in

20

Volume Elliptical dished head : V = 7.6E-05 x (di)3 dengan : V = volume dalam ft3 di = diameter dalam, in V = 7.6E-05 x ( 29.375)3 = 1.9 ft3 = 0.05 m3 Tinggi head = OD shell/4 + th = 30 /4 + 0.313 = 7.8 in = 0.198 m Tinggi menara total = tinggi shell + 2 (tinggi head) = 7.62 + 2 . (0.198) = 7.82 m

Menentukan Tebal isolasi Bahan isolasi k isolasi Suhu tertinggi, T1 = Asbestos = 0.1167 Btu/j.ft.F = 167C ( 333F) = 30C = 546 R

Suhu udara sekitar, Tu

Emisivitas bahan isolasi, = 0.94 ( McAdams, 1958) Diinginkan suhu dinding luar isolasi, T2 = 50C = 582R

21

= 122F Profil suhu sepanjang dinding: T1 Tw T2

> > Tu suhu udara x1 x2 x1 = tebal dinding menara x2 = tebal isolasi Tw = suhu batas antara isolasi dan menara Transfer panas melalui permukaan isolasi ke udara karena radiasi dan konveksi: Q

22

= qc = (hr + hc) (T2 - Tu) .................(1') A Transfer panas konduksi melalui dinding menara dan dinding isolasi: Q k1 k2 = qk = (T1 - Tw) = (Tw - T2) ....(2') A x1 x2 k1 k1 k2 k2 = T1 - Tw = Tw - T2 x1 x1 x2 x2 k1 k2 k1 k2 = Tw ( + ) = T1 + T2 x1 x2 x1 x2 k1 k2 T1 + T2 x1 x2 Tw = .............(3') k1 k2 + x1 x2 Substitusikan persamaan (3') ke dalam persamaan (2'): k2 qk = (Tw - T2) x2 k1 k2 T1 + T2 k2 x1 x2 = x - T2 x2 k2 k1 + x2 x1

23

k2/x2 k1 k2 k2 k1 = x T1 + T2 - T2 - T2 k2 k1 x1 x2 x2 x1 + x2 x1 k2 k1 x x2 x1 = (T1 - T2) k2 k1 + x2 x1

(T1 - T2) = k2 k1 + x2 x1 k2 k1 x x2 x1 (T1 - T2) = ......................(4') x1 x2 + k1 k2 Pada keadaan kontinyu, maka qc = qk = q Koefisien Transfer panas radiasi, hr: T2 4 Tu 4 0.173. [() - () ] 100 100 hr = T2 Tu

24

582 4 546 4 0.173 (0.94) [() - () ] 100 100 = 582 - 546 = 1.168 Btu/j.ft2.F

Koefisien Transfer panas konveksi, hc: 1/3 hc = 0.19 x (T) 1/3 = 0.19 (122 - 86) = 0.627 Btu/j.ft2.F (persamaan 7-51 McAdams)

Panas yang hilang secara radiasi dan konveksi persatuan luas: Q = (hr + hc) (T2 - Tu) A = (1.168 + 0.627) (122 - 86) = 64.640 Btu/j.ft2 Tak ada akumulasi: Perpindahan panas konduksi : perpindahan panas konveksi + perpindahan panas radiasi Qk Q T1 - T2

25

= = A A x1 x2 + k1 k2 x1 = tebal dinding menara 0.313 in = 0.026 ft x2 = tebal isolasi, ft k1 = k baja = 26 Btu/j.ft.F

k2 = k asbestos = 0.1167 Btu/j.ft.F

333 - 122 64.640 = 0.026 x2 + 26 0.117 0.026 x2 333 - 122 + = 26 0.117 64.640 x2 = 3.259 0.117 x2 = 0.380 ft = 11.6 cm

PERANCANGAN TRAY Diameter menara Jenis aliran = 29.38 in = single pass cross flow (aliran potong)

26

Jarak antar tray

= 12 in

Jumlah downcomer per tray = 1

Perancangan hole (Berdasarkan Mass Transfer Operation Treybal, 1980) Diameter hole Jarak antar dua pusat hole (pitch) (susunan hole ekuilateral triangular 60 center) Jarak antar hole dengan dinding menara Lebar beam (mayor, minor beam) = 1 in = 1.5 in = 0.25 in = 0.75 in

Lebar zone distribusi = lebar zone disengagement = 2.5 in Panjang weir = 0.6 x D = 0.6 ( 29.375 ) Iw = 17.63 in

27

a. Jumlah hole

C

A

D c' pt

B

28

AB = BC =

AC = 0.75 in AD = ( 0.75 )/2 = 0.38 in CD = ((AC - AD)) = (( 0.75 ) - ( 0.38 )) = 0.650 in Jarak baris hole = 0.650 in Jarak weir ke pusat menara : = ((D/2) - (Iw/2)) = (( 29.38/2)- ( 17.63/2)) = 11.75 in Jarak zone distribusi ke pusat menara : 11.75 - (1.5 + 2.5) = 7.75 in Jarak zone distribusi ke zone disengangement : = 2 x ( 7.75 ) = 15.50 in Jarak antar zone - do - minor beam Jumlah baris hole = Jarak baris hole 15.50 - 0.25 - 1.5 Jumlah baris hole = = 21.2 20 0.650 A'B'C 'D 'OA B C

D W

W '

29

Baris 1 : 2 x (DD') OD = diameter menara = 14.69 in OD' = jarak zone distribusi ke pusat menara = 7.750 in DD' = ((OD)- (OD')) = (( 14.69)- ( 7.750)) = 12.476 in Panjang total baris 1 = 2 x ( 12.476 ) = 24.953 in

30

panj.baris - do - mayor beam - 2xjarak ke dinding Banyaknya hole = Pitch 24.953 - 0.25 - 1.5 - 2(1) Banyaknya hole = = 28.3 28 0.750 Baris 2 : 2 x (CC') OC = OD = 14.69 in OC' = OD' - C'D' = 7.75 - 0.650 = 7.1 in CC' = ((OC)- (OC')) = (( 14.69) - ( 7.1)) = 12.857 in Panjang total baris 2 = 2 x ( 12.857 ) = 25.714 in panj.baris - do - mayor beam - 2xjarak ke dinding Banyaknya hole = Pitch 25.714 - 0.25 - 1.5 - 2(1) Banyaknya hole = = 29.3 28 0.750

Baris 3 : 2 x (BB') OB = OC = 14.69 in OB' = OC' - B'C' = 7.10 - 0.650 = 6.451 in BB' = ((OB)- (OB')) = (( 14.7) - ( 6.451)) = 13.195 in Panjang total baris 3 = 2 x ( 13.195 ) = 26.390 in

31

panj.baris - do - mayor beam - 2xjarak ke dinding Banyaknya hole = Pitch 26.390 - 0.25 - 1.5 - 2(1) Banyaknya hole = = 30.2 30 0.750

Baris 4 : 2 x (AA') OA = OB = 14.69 in OA' = OB' - A'B' = 6.45 - 0.650 = 5.801 in AA' = ((OA)- (OA')) = (( 14.69) - ( 5.801)) = 13.493 in Panjang total baris 4 = 2 x ( 13.493 ) = 26.986 in panj.baris - do - mayor beam - 2xjarak ke dinding Banyaknya hole = Pitch 13.493 - 0.25 - 1.5 - 2(1) Banyaknya hole = = 31 30 0.750

Dan seterusnya akan didapatkan : Baris 5 = 30 Baris 6 = 32 Baris 7 = 32 Baris 8 = 32 Baris 9 = 32

32

Baris 10 = 32 Jumlah sampai baris 10 : = 28 + 28 + 30 + 30 + 30 + 32 + 32 + 32 + 32 + 32 = 306 Jumlah hole pertray = 306 x (2) = 612

b. Menentukan Presure drop Data kondisi kolom : Diamater Sieve tray, single cross flow Panjang weir Tinggi weir, hw Downcomer apron Luas downcomer Diamter hole, do Jarak antar hole, pitch Jumlah hole / tray = 17.63 in = 2 in = 29.38 in

= 1.5 in = 35.627 in = 0.25 in = 0.75 in = 612 = 0.328 = 12 in = 30.041 in 642.085 in

Tebal plate perdiameter hole Tray spacing Luas hole pertray, Ao

Net tower cross sectional area, An = Data sistem

33

Kecepatan volume gas Qg atas Qg bawah Qg rata-rata = = =( = 2.785 ft3/det 3.745 ft3/det 2.785 + 3.745 )/2 ft3 /det

3.265 ft3/det

3.265 ft3/det V koreksi = = 0.694 ft/det /4.( 29.38 /12 ) ft Kecepatan volume cairan Ql atas Ql bawah Ql rata-rata = 0.0299 ft3/det = 0.0729 ft3/det = ( 0.0299 + 0.0729 )/2 = 0.0514 ft3/det BMg rata-rata BMl rata-rata g rata-rata l rata-rata Viscositas gas = ( 46.05 + 26.47 )/2 = 36.26 kg/kmol = ( 46.05 + 22.19 )/2 = 34.12 kg/kmol = ( 1.24133 + 0.53061 )/2 = 0.88597 lb/ft3 = ( 38.03 + 49.52 )/2 = 43.78 lb/ft3 = 0.010 cp = 7.047E-06 lb/ft.det

Pengecekan effesiensi tray Tray mempunyai effisiensi yang paling baik jika V.(g) mempunyai harga antara 0.6 sampai 1.8 (Treyball, 1980). V.(g) = 0.694 (0.88597) = 0.653

34

(Terletak antara 0.6 dan 1.8) Besarnya presure drop ditentukan dengan persamaan (6.35) Treyball, 1981 : hG = hD + hL + hR .................(1) dengan : hG = presure drop gas yang akan dinyatakan dalam rapat massa zat cair, ft hD = dry - plate presure drop, ft hL = hydraulic presure drop, ft hR = residual presure drop, ft

Dry Presure drop, hD hD dihitung dengan persamaan (6.36) Treyball, 1980 : 2.hD .g.L Ao 4.l.f Ao = co [ 0.40 (1.25 - ) + + (1 - ) Vo. g An do An dimana: f = faktor friksi Fanning (fungsi bilangan Reynold)

co = koefisien orifice, dihitung dengan persamaan (6.37) Treyball : co = 1.09 (do/l)^0.25 l = tebal plate

do = diameter hole l/do = 0.328 ( tabel 6.2 Treybal )

35

co = 1.09.( 1/ 0.328 ) 0.25 = 1.4403 Vo = kecepatan gas melalui orifice, ft/det Qg 3.265 ft3/det Vo = = = 15.65 ft/det Ao ( 30.04 /144) ft g.Vo.do Bilangan Reynold, Reo = g ( 0.88597 )( 15.65 )( 0.25 /12 ) Reo = = 40993 7.047E-06 Dari fig. 5-28 Perry 1984, faktor friksi Fanning f = 0.0054 Ao 30.04 = = 0.0468 An 642.08 Data-data dimasukkan ke persamaan : 2.hD .g.L Ao 4.l.f Ao = co [ 0.40 (1.25 - ) + + (1 - ) Vo. g An do An 2.hD.(32.2 ft/det)(43.778 lb/ft3) = 1.4403 [0.40 (1.25 - 0.0468) ( 15.65 ft/det).(0.88597 lb/ft3) + 4.(0.328).(0.0054) + (1 - 0.0468)] 12.993 hD = 2.0122 hD = 0.1549 ft Hydroulic head, hL hL dihitung dengan persamaan (6.38) Treyball, 1980 : hL = 0.24 + 0.725 hw - 0.29 hw.Va.g0.5 + 4.48 q/Z Z = (D + Iw)/2 = ( 29.38 + 17.63 )/2 = 23.50 in = 1.958 ft

36

q = QL = 0.05141 ft3/det Va = QG / Aa Aa = luas aktif = At - 2.(luas downcomer) - (Zone distribution + disenganging + tray suport) = 677.712 - 2.( 35.627 ) - 20 % ( 677.712 ) = 470.915 in = 3.270 ft 3.265 ft3/det Va = = 0.998 ft/det 3.270 ft hw = 2 in Semua data dimasukkan ke dalam persamaan : hL = 0.24 + 0.725 hw - 0.29 hw.Va.g^0.5 + 4.48 q/Z hL = 0.24 + 0.725. (2) - 0.29 (2).( 0.998).(0.88597)^0.5 + 4.48 ( 0.0514 / 1.958 ) = 1.2626 in = 0.1052 ft

Residual gas presure drop hR dihitung dengan persamaan (6.42) Treyball, 1980 : 6. .gc hR = L.do.g dengan : = tegangan muka cairan, N/m

37

gc = 1 L = rapat massa zat cair, kg/m 3 g = 9.8 m/det do = diameter hole, m hR = dalam meter do = 0.25 in = 0.0063 m L = 43.778 lb/ft3 = 702 kg/m3 = 32.3 dyne/m = 0.0323 N/m 6. ( 0.032 ).(1) hR = = 0.00444 m = 0.0146 ft 702 ( 0.0063 ).(9.8) maka persamaan: hg = 0.1549 + 0.1052 + 0.0146 = 0.2746 ft Presure drop, dihitung dengan persamaan 7 (Peter-Timerhaus,1980) hg.l.g Pt = 144. gc ( 0.2746 )( 43.778 )(32.2) Pt = = 0.083 psi 144 . (32.2) Persyaratan presure drop antara 0.07 - 0.12 psi (Peter - Timerhaus, 1980)

CEK FLOODING

38

Menghitung flooding digunakan pers.6-45 Treybal 1981: hw + h1 + h3 < ts/2 h3 = hG + h2 dengan : hw = tinggi weir, ft h1 = liquid crest over the weir, ft ( weir crest ) h2 = pressure lost at liquid entrance, ft hG = pressure drop gas

Liquid crest over the weir, h1 Dihitung dengan cara coba-coba dengan menggunakan pers.6-33 dan 6-34 Treybal 1981: q 2/3 W 2/3 h1 = 5.38 ( ) () ....... (5) W Weff Weff D D 2.h1 D () = () - { [() - 1 ] + } ....... (6) W W W D W dengan : Weff = panjang weir efektif W,Weff = ft q = ft3/det h1 = in D/W = 1/0.6 = 1.6667

39

QL, q = 0.05141 ft3/det Iw = 17.63 in = 1.469 ft q/W = 0.05141 / 1.469 Cara perhitungan : Coba h1 dengan persamaan (6) dihitung (Weff/W) kemudian substitusikan (Weff/W) ke dalam persamaan (5) dan hitung h1. h1 coba h1 hitung H1 coba 0,5 0,608833 0,617344 0,618033 0,618089 0,618094 (Weff / W ) 0,9195 0,900552 0,899046 0,898924 0,898914 0,898913 H1 hitung 0,608833 0,617344 0,618033 0,618089 0,618094 0,618094

Jadi h1 = 0.61809 in h1 = 0.05151 ft

Pressure lost at liquid entrance, h2 Dihitung dengan menggunakan pers.6-43 Treybal 1981: 3 q h2 = () 2.g Ada dengan : Ada = luas bebas antara downcomer apron dan tray = ( panjang weir ) ( tinggi downcomer apron )

40

= ( 17.63 in ) ( 1.50 in ) = 26.44 in = 0.1836 ft 3 0.05141 h2 = () 2. ( 32.2 ft/det) 0.1836 Cek flooding : hw + h1 + h2 + hG = 0.16667 + 0.05151 + 0.00365 + 0.27464 = 0.49647 ft = 5.958 in < 6 in ( ts ) Jadi tidak terjadi flooding . OK !

CEK WEEPING Weeping terjadi jika kecepatan gas melalui hole sangat kecil, sehingga hole akan terisi oleh cairan. Untuk itu perlu diketahui kecepatan gas minimum melalui orifice ( hole ) yaitu Vow. Menghitung weeping digunakan pers.6-46 Treybal 1981: 2.8 2.Aa.do (z/do)0.724 () 3.p'3

Vow.g g.L/g 0.379 ()= 0.0229 () .gc .gc.g.do

l 0.293 () do

41

dimana: = 0.0323 N/m = 0.0712 lb/det do = 0.25 in = 0.0208 ft p' = 0.75 in = 0.0625 ft l/do = 0.328 ( tabel 6.2 Treybal ) Z = 1.958 ft Aa = 3.270 ft L = 43.778 lb/ft3 g = 0.88597 lb/ft3 g = 7.047E-06 lb/ft.det

Vow .( 7.047E-06 lb/ft.det) = ( 0.0712 lb/det).( 1 ) ( 7.047E-06 lb/ft.det)( 43.778/0.88597) lb/ft3) = 0.0229 {}0.379 (0.0712 lb/det)(1)(0.88597 lb/ft3)(0.0208 ft) 2.( 3.270)(0.020833) (2.8/( 1.958/0.0208)0.724) x (0.328) {} 3 . (0.0625)3 Vow .(0.00009903 det/ft) = 0.000204 Vow = 2.06 ft/det Jadi kecepatan gas minimum melalui hole = 2.06 ft/det Kecepatan gas sesungguhnya melalui hole = 15.65 ft/det0.293

42

Jadi tidak terjadi weeping. OK!

Neraca Panas Menara Destilasi Qc = beban panas kondensor Qb = beban panas reboiler

V . H V

L .43

Neraca panas di condensor : V.Hv = Qc + D.HD + Lo.HLo Qc = V.Hv - D.HD + Lo.HLo Neraca panas total : F.HF + Qb = Qc + D.HD + B.HB Qb = Qc + D.HD + B.HB - F.HF

Suhu referensi = 25C a). Beban Panas Condensor 1. Panas dalam aliran uap V = 122.6357 kmol/j

44

T = 49C Komponen (CH3)2O CH3OH Kmol/jam 122,4589 0,1768 122,6357 Kg/j 5641,7 5,7 5647,3 Hv kkal/kg 101,874 297,516 V.Hv Kkal/j 574741,4 1685,5 576424,9

Panas yang dibawa uap , V.Hv: V.Hv = 576426.9 Kkal/j

2. Panas dalam atas D = 82.2566 kmol/j T = 47.8C Komponen (CH3)2O CH3OH Kmol/jam 82,1381 0,1186 82,2566 Panas dalam destilat , D.HD: D.HD = 58084.2 Kkal/j Kg/j 3784,1 3,8 3787,9 Cp kkal/kgoC 0,673 0,625 HD Kkal/Kg 15,335 14,243 D.HD Kkal / jam 58030,1 54,1 58084,2

3. Panas dalam bawah Lo = 40.3791 kmol/j T = 47.8C

45

Komponen (CH3)2O CH3OH

Kmol/jam 40,3208 0,0582 40,3791

Kg/j 1857,6 1,9 1859,4

Cp kkal/kgoC 0,673 0,625

H.Lo Kkal/Kg 15,335 14,243

Lo.HLo Kkal / jam 28486,5 26,6 28513,0

Panas dalam reflux, Lo.HLo: Lo.HLo = 28513 Kkal/j Beban panas condensor, Qc : Qc = V.Hv - D.HD - Lo.HLo = 576426.9 58084.2 28513 = 489829.6 Kkal/j

b). Beban Panas Reboiler 1. Panas dalam umpan F = 6964.4 kg/j T = 89.3C Komponen (CH3)2O CH3OH H2O Kmol/jam 82,9672 41,0698 101,3599 225,3969 Kg/j 3822,3 1316,0 1826,1 6964,4 Cp kkal/kgoC 0,757 0,680 0,999 HF Kkal/Kg 48,666 43,696 64,239 F.HF Kkal / jam 186014,5 57504,4 117307,5 360826,5

Panas dalam umpan , F.HF:

46

F.HF = 360826.5 Kkal/j

2.Panas dalam hasil bawah B = 143.1403 kmol/j T = 167.1C Komponen (CH3)2O CH3OH H2O Kmol/jam 0,8292 40,9512 101,3599 143,1403 Kg/j 38,2 1312,2 1826,1 3176,5 Cp kkal/kgoC 1,095 0,809 0,999 HB Kkal/Kg 155,525 114,991 141,935 B.HB Kkal / jam 5941,0 150891,4 259186,6 416019,1

Panas dalam hasil bawah, B.HB : B.HB = 416019.1 Kkal/j Beban panas reboiler, QB : QB = Qc + D.HD + B.HB - F.HF = 489829.6 + 58084.2 + 416019.1 360826.5

= 603106.5 Kkal/J

47

CONDENSOR MENARA DISTILASI-01Tugas: mengembunkan uap hasil atas menara distilasi-01 Alat : HE Shell & Tube Menentukan Kondisi Proses Fluida panas hasil atas melalui shell Fluida pendingin (air) melalui tube Fluida panas : W = 5647.3464 kg/j = 12450.1 lb/j T = 49 47.8C Sebagai pendingin dipakai air, yang suhunya : Suhu masuk = 30C Suhu keluar = 40C Cp = 1 kkal/kg.C = 0.65 cp = 1.572 lb/j.ft Beban panas condensor, Qc = 489829.6 kkal/j = 1943768.4 Btu/j Kebutuhan air pendingin: W = Q / Cp.T 489829.65 kkal/j =

48

(1 kkal/kg.C) (40 30)C = 48982.96 kg/jam = 107987.14 lb/jam

T 49 47.8 > Heat Exchanger 30 40

Heat Exchanger 332.7 344.1