PERANCANGAN PLATPERANCANGAN PLAT
1) Menghitung laju uap dan cairan maksimum danminimum
2) Mengumpulkan dan perkirakan sifat fisis campuran
3) Memilih jarak antar plat
4) Menetukan diamater kolom berdasarkan pertimbanganflooding
TahapanTahapan PerancanganPerancangan PlatPlat
flooding
5) Menetukan susunan aliran cairan
6) Tebak tray lay out: downcomer area, plate area, dll.
7) Check laju weeping
8) Check pressure drop
9) Check downcomer back-up
10) Detail plate lay out
PERANCANGAN PLATEPERANCANGAN PLATE
Menara Distilasi (MD)bertugas untuk memisahkanmetil benzoat yangmerupakan produk utamadari campuran metilbenzoat, metanol dan air.Hasil atas dari MD yangHasil atas dari MD yangberupa metanol dan airpada suhu 66,9°C.Sedangkan hasil bawah MDyang berupa metil benzoat.Desain kolom distilasitersebut denganmenggunakan kontaktorplat
Dari perhitungan awal (Shorcut methode)diperoleh:
Rasio refluk optimum : 0,5795
Jumlah plat total : 14
Jumlah plat rektifikasi : 6
Jumlah plat Strippng : 8Jumlah plat Strippng : 8
Plat umpan terletak : plat 8 dan 9
Efisiensi : 48,9673
Jumlah plat aktual : 25,9493 =26
1. Laju Alir Gas dan Cairan1. Laju Alir Gas dan Cairan
Komponen Umpan(kmol/jam)
Distilat
(kmol/jam)
Bottom
(kmol/jam)
Metanol
Air
Metil benzoat.
416,4453
7,7788
44,2530
412,2408
0,0078
0
4,1645
7,7010
44,2530
Total 468,4771 412,3586 56,1185Total 468,4771 412,3586 56,1185
KomponenUmpan
(kg/jam)Distilat(Kg/jam)
Bottom(kg/jam)
Metanol 13326,249 13192,98636 133,26249
Air 140,01879 1,400187916 138,6186
Metil Benzoat 5398,872 0 5398,872
Total 18865,14 13194,38655 5670,7531
Neraca Massa:
Bagian Atas
BMa = 32,0394
Lo = R x D = 0,5793 x 13194,38655 kg/jam
= 7643,5081 kg/jam = 2,1259 kg/s
V1 = Lo + D = 7643,5081 + 13194,38655
= 20837,895 kg/jam = 5,7957 kg/s
Bagian bawah
BMa = 42,4024
V14 = R x B = 0,5793 x 5670,7531 kg/jam
= 3286,0673 kg/jam = 0,9125 kg/s
L13 = V14 + B = 3286,0673 + 5670,7531
= 8955,8204 kg/jam = 2,4877 kg/s
1. Asam Benzoat• Rumus kimia : C6H5COOH• Berat Molekul : 122,12 kg/kmol• Kenampakan : kristal putih• Titik didih normal : 249,2°C• Titik kritis : 630,3 K = 357,3°C• Rapat massa : 1,266 kg/L• Kelarutan : 0,2% dalam air ; 46% dalam alkohol ; 66% dalam ether• Kadar : 99,99% asam benzoat ; 0,01% toluen
2. Metanol• Rumus kimia : CH3OH• Berat molekul : 32,042 kg/kmol
2. Properti Bahan (1)2. Properti Bahan (1)
• Berat molekul : 32,042 kg/kmol• Kenampakan : cairan tidak berwarna• Titik didih normal : 64,7°C• Titik kritis : 512,6K = 239,6°C• Rapat massa : 0,792 kg/L• Kelarutan : larut dalam air dan ether dalam semua perbandingan• Kadar : 99% metanol ; 1% air
3. Metil Benzoat• Rumus kimia : C6H5COOCH3 :• Berat molekul : 136,14 kg/kmol• Kenampakan : cairan tidak berwarna• Titik didih normal : 198°C• Titik kritis : 692,02 K = 419,02°C• Rapat massa : 1,087 kg/L• Kelarutan : tidak larut dalam air, larut dalam alkohol• Kadar : 95,5% metil benzoat ; 2,1% metanol ; 2,4% air
Menara Bagian Atas
T = 339,98 K
P = 1,1 atm
BMa = 32,039
ρv = 1,2572 kg//m3
ρL = 792,0164 kg/m3
Menara Bagian Bawah
T = 386,44 K
P = 1,2 atm
BMa = 42,4024
ρv = 1,1601 kg//m3
ρL = 934,0270 kg/m3
2. Properti Bahan (2)2. Properti Bahan (2)
Komponen xf μ, cp
Metanol 0,8870 0,3001
Air 0,0188 0,3813
Metil Benzoat 0,0943 0,6872
A. Berdasarkan Kecepatan Flooding
3. Diameter Kolom (1)3. Diameter Kolom (1)
v
vL1f
ρρρ
Ku
Uf = kecepatan flooding uap, m/sK1 = kostanta
Nilai FLV pada grafik floodingdinyatakan dengan persamaan
Gbr 1. Grafik kecepatan flooding, sieve tray
dinyatakan dengan persamaan
Lw : laju alir cairan , kg/sVw : Laju alir uap, kg/s
Grafik berlaku untuk cairan dg teganganPermukaan 0,02 N/m. Untuk TP selainitu nilai K1 harus dikali dg (TP/0,02)0,2
Menara Bagian atas• FLV = (2,1259/5,7957) x (1,2572/ 792,0164)1/2 = 0,0146• Jarak plat dipilih 0,6 m, dari Gmbr. 1
diperoleh K1 =0,1 nilai tegangan permukaan cairan diasumsikasn0,02 N/m
• Uf = 0,1 x ((792,0164- 1,2572)/ 1,2572)1/2 = 2,5080 m/skondisi operasi uv = 0,8 x Uf = 2,006 m/s
• Ac = Vw/(Uf x rhog) = 2,7032 m2• Dc = (4 x Ac/pi)0,5 = 1,855 m
Menara Bagian bawah• FLV = 0,0948 Jarak plat dipilih 0,6 m
diperoleh K1 =0,1• Uf = 0,1 x ((792,0164-1,2572)/ 1,2572)1/2 = 2,8357 m/s• operasi uv = 0,8 x uf = 2,686 m/s• Ac = Gw/Vw = 0,4235 m2• Dc = (4 x Ac/pi)0,5 = 0,7256 m
B. Berdasarkan Kecepatan Uap max
5.0
2 047.027.0171.0
v
vLttv LLU
Kecepatan uap max:
Lt : jarak antar plat, dari grafik
Uv = (-0,171 x 0,62 + 0,27 x 0,6 -0,047) ((792,0164-1,2572)/1,2572)0,5
= 1,3403 m/s
Diameter menara:5.0
4 V
Bagian Atas
5.0
4
vv
wc
U
VD
Dc = ((4 x 5,7957)/(3,14 X 1,2572 x 1,3403))0,5
= 2,0927 m
5.0
2 047.027.0171.0
v
vLttv LLU
Kecepatan uap max:
Lt : jarak antar plat
Uv = -,171 x 0,62 + 0,27 x 0,6 -0,047 (934,0207-1,1601)/1,1601)0,5
= 1,5154 m/s
Diameter menara:
Bagian Bawah
5.0
4
vv
wc
U
VD
Dc = ((4 x 5,7957)/(3,14 X 1,2572 x 1,5154))0,5
= 0,8185
4. Menentukan Jenis Aliran4. Menentukan Jenis Aliran
Bagian Enriching
Q max = Lw/ ρL
= 2,1259/792,0164= 0,0027 m3/s
Bagian StrippingQ max = Lw/ ρL
= 2,877/934,0270= 0,0027 m3/s= 0,0027 m3/s
Berdasarkan Qmax dandiameter kolom jenis alirandipilih dari grafik disamping.
Untuk kolom yang dimaternyalebih kecil dari satu, dapatdigunakan single pass plate
5. Plate Area Lay Out (Single pass)5. Plate Area Lay Out (Single pass)
Ac = total column cross sectional area
Ad = cross sectional area of
dowmncomer
An = net area available for vapor-
liquid disengagement
= Ac-Ad for single pass plate
Aa = active or bubbling area,
= A -2A for single pass plate
Sieve tray
= Ac-2Ad for single pass plate
Ah = hole area, total area of all the
active holes
Ap = perforated area (including blaked
area)
Aap = the clearence area under the
downcomer apron
Ad = 0,12 x Ac
= 0,12 x 2,7032 m2
= 0,3244 m2
An = Ac - Ad = 2,7032-0,3244 m2
Aa = Ac – 2Ad = 2,7032-2 x 0,3244
= 2,0544 m2
Ah = 0,1Aa = 0,1 x 2,0544
= 0,2054 m2
Perhitungan Plate AreaPerhitungan Plate Area
= 0,2054 m2
Ad/Ac = 0,12
(Ad/Ac ) x 100% = 12 %
diperoleh lw/Dc = 0,78
panjang weir:
lw = Dc x 0,78 = 1,55 m, dipilih
•tinggi weir, hw = 50 mm
•diamter hole = 5 mm
•tebal plat = 3 mm
6. Check Weeping6. Check Weeping
Batasan operasi terendah yang terjadi ketika kebocorancairan yang melalui lubang plat berlebih disebut weeppoint. Kecepatan uap pada titik weep adalah nilaiminimum untuk operasi yang stabil. Hole area harusdipilih sedemikian rupa sehingga pada laju operasiterendah kecepatan aliran uap masih baik di atas weeppoint.Persamaan untuk memprediksi keceptan uap pada weepPersamaan untuk memprediksi keceptan uap pada weeppoint :
Uh = kecepatan uap minimum melalui lubang, m/sdh = diameter lubang, mmK2 = konstanta, tergantung pada kedalaman cairan pada plat,
dari gambar 11.30
2/1
2^ )4.25(90.0
v
hh
dKu
Menara Bagian AtasMenara Bagian Atas
Lw max = 2,1259 kg/s
TDR = 80% (TDR = turn down ratio)
Lw min = 1,7007
Ketinggian cairan diatas puncak weir dihitung:3/2
750
wL
wow
l
Lh
how max = 750 (2,1259/(792,0164 x1,55))2/3 = 10,82 mm cairan
h = 750 (1,7007/(792,0164 x1,55))2/3 = 9,32 mm cairanhow min = 750 (1,7007/(792,0164 x1,55))2/3 = 9,32 mm cairan
Pada kecepatan minimum hw + how min = 50 + 9,32 = 67, 4378 mm
Dari gambar 11.30, pada hw + how min = 67,43 mm K2 = 30,5
Uh min = (30,5-0,90(25, 4 -5))/(1,1601)0,5
= 10,8272 m/s
Kecepatan uap aktual:
Vh = laju alir uap minimum/Ah = 0,8 x (0,9250/1,160)/0,2054
= 3,1050 m/s
Vh < Uh, maka weeping tidak terjadi
7. Plate Pressure Drop7. Plate Pressure Drop
Terdapat dua sumber utamapenyebab kehilangantekanan yaitu: aliran uapmelewati lubang (orificeloss) dan static head ofliquid pada plate.Total pressure dropdiperoleh dari jumlahpressure yang dihitung daripressure yang dihitung darifriksi uap yang melewatilubang plate kering (dryplate drop, hd); head clearliquid pada plate (hw + how);dan kehilangan oleh sebabtegangan permukaan ygdisebut kehilanganresidual, hr.Pressure drop total :
ht = hd + (hw + how) + hr
Menara bagian atas
**Dry Pressure dropKecepatan uap melalui holes:Uh max = (5,7957/1,1601)/ 0,2054
= 22,4396 m/s
Ah/Aa = 0,2054/2,0544 = 0,1dari gambar 11,34 untuk platethickness/hole diameter = 0,6dan A /A = 10% didapat coeff.dan Ah/Aa = 10% didapat coeff.orifice = 0,74
L
v
o
hd
C
uh
2
51
hd = 51(22,4396/0,74)2 x (1,2572 /792,10)= 74,44 mm cairan
**Residual Head
L
r
xh
3105.12 = (12,5 x103)/792,1064 = 13,3819 mm cairan
**Total plate pressure drop
ht = hd + (hw +how) + hr
= 74,44 + 67,43 + 13,3819
= 155,2609 mm cairan
** Total plate pressure drop** Total plate pressure drop
ΔP = 9,81 x 10-3 x ht x ρL
= 9,81 x 10-3 x 155, 2609 x 792,1064
= 10,113 mmHg
8. Downcomer Pressure Loss8. Downcomer Pressure Loss
Downcomer area dan plate harusdirancang sedemikian rupa hinggalevel cairan dan froth dalamdowncomer berprilaku dg baikdibawah unjung (puncak) outletweir pada plat atas. Jikaketinggian meningkat sampai diatas outlet weir kolom akanbanjir.banjir.
Baliknya cairan di downcomerdisebabkan pressure drop di atasplate dan adanya tahanan untukmengalir di dawncomer itusendiri.
Clear liquid the dowmncomerback-up dinyatakan:
hb =(hw + how) + ht + hdc
Untuk menghindari flooding nilai hb harus menenuhi:hb > ½(lt + hw)
Tahanan utama cairan untuk mengalir akan disebabkan oleh desakanpada downcomer outlet, dan head loss dalam downcomer dapatdiperkirakan menggunakan persamaan Cicalese (1947):
2
166
mL
wddc
A
Lh
hdc = head loss pada downcomer, mmhdc = head loss pada downcomer, mmLwd = laju alir cairan dalam downcomer, kg/sAm = downcomer area Ad, atau clearence
area under the downcomer, Aap, m2
Clearence area under the downcomer:Aap = hap lwdimna hap adalah ketinggian tepi bawah pinggirdiatas plate, biasanya 5-10 mm di bawahketinggian outlet weir:hap = hw – (5 sampai 10 mm)
Perhitungan
Dipilih:hap = 50 -10 = 40 mm = 0,04Aap = hap x lw
= 0,04 m x 1,55 m= 0,0619 m2
Menara bagian atas:Head loss pd downcomer:h = 166(2,2159/(792,0612x0,0619))2hdc = 166(2,2159/(792,0612x0,0619))2
= 0,3117 mmDowncomer back-up:hb =(hw + how) + ht + hdc
= (50 +10,82) + 155,2609 + 0,3117= 208,2209 mm= 0,18 m
½ (plate space + weir height) = ½ x (0,6 + 0,05) = 0,325 mhb <0,325 jarak plate memenuhi syarat
Menara bagian bawah:Head loss pd downcomer:hdc = 166(2,2159/(934,0270 x 0,0619))2
= 0,2241 mmDowncomer back-up:hb =(hw + how) + ht + hdc
= (50 +10,82) + 155,2609 + 0,2241= 208,1709 mm= 0,18 m
½ (plate space + weir height) = ½ x (0,6 + 0,05) = 0,325hb <0,325 jarak plate memenuhi syarathb <0,325 jarak plate memenuhi syarat
9. Downcomer Residence Time9. Downcomer Residence Time
Residence time yang cukup dalam downcomer harus dipenuhi untuknaiknya melepas dari aliran cairan; untuk mencegah cairanteraerasi yang terbawa di bawah downcomer. Direkomendasikanpaling kecil 3 detik. Persamaan downcomer residence time:
w
Lbdr
L
hAt
t = residence timetr = residence timehbc = clear liquid back-up, m
Bagian Atastr = 0,3244 x 0,18 x 792,0612)/2,1259
= 21,75 sekon > 3 , memnuhiBagian bawah,tr = 0,3244 x 0,18 x 934,0270)/2,1259
= 25,65 sekon > 3 , memnuhi
10. Check Entrainment10. Check Entrainment
Entrainment dapat diestimasi
dari korelasi Fair (1961)
pada gambar 11.29.yang
memberikan fraksional
entrainment (kg/kg gross
liquid flow) sebagai fungsi
faktor cairan-uap, FLV, dengan
pendekatan persentasependekatan persentase
floding sebagai
parameternya. Persentasi
flooding:
fuvelocityflooding
velocityactualuflooding
n
,%
Batasan tertinggi nilaientraintment adalah 0,1. Di bawahnilai ini pengaruh entrainmentterhadap efisiensi kecil.
atasbawah
Bagian atasActual persentasi flooding untuk desain area:Uv = Vw/(ρv x Ac) = 5,7957/(1,2572 x 2,2977)
= 1,7054 m/s% flooding = 1,7054/ 2,5080 = 68%Pada FLV = 0,0146 dan % flood = 68 %, pada gmb 11.29 diperolehΨ = 0,075 < 0,1 OK
Bagian bawahActual persentasi flooding untuk desain area:Actual persentasi flooding untuk desain area:Uv = Vw/(ρv x Ac) = 0,9125 /(1,1601 x 0,4235)
= 1,9284 m/s% flooding = 1,9284/ 2,8357 = 68%Pada FLV = 0,0948 dan % flood = 68 %, pada gmb 11.29 diperolehΨ = 0,025 < 0,1 OK.
Luas Area PerforasiArea perforasi yang tersedia akanturun oleh halangn/gangguan ygdisebabkan oleh perubahan struktur(support ring, dan beam) dan olehpenggunaan calming zone yaitupotongan plat nonperforasi pada sisiinlet dan outlet plat. Lebar masing2zona biasanya dibuat sama; nilai yg
10. Tray Layout10. Tray Layout
zona biasanya dibuat sama; nilai ygdirekomendasikan : u diameter < 1,5m 75 mm; diatas 1,5 100 mm.Lebar support ring u sekat normalnya50-75 mm, support ring harus tidakpanjang sampai downcomer area.Sekat unperforasi platLuas area unperforasi dapat dihitungdari geometri plat. Hubungan antarapanjang garis weir, tinggi garis dansudut diberikan gambar 11.32
Tray Lay Out
Lay out plat digunakan cartridge type construction, denganunperforated strip around plate edge 50 mm, dan lebar calmingzone = 50 mm.
1,5
5m
2,0
92
7m
α
1,5
5m
2,0
92
7m
Perforated Area
Dari gambar 11.32 pada lw/Dc = 1,55/ 2,0927 = 0,78, diperolehθ =102o
α = 180-102= 78o
lh/Dc = 0,115Panjang rata2 unperforated edge strip =(2,0927-0,05) π x 78/180
= 2,7809 mLuas unperforated edge strip, Aup = 0,05 x 2,7809 = 0,0139 m2
Luas calming zone, Acz = 2(0,05)x(1,55-2x0,05)Luas calming zone, Acz = 2(0,05)x(1,55-2x0,05)= 0,0162 m2
Luas total tersedia u perforated, Ap =Aa-(Aup + Acz)= 2,0544 - (0,0139 + 0,0162)= 2,0243 m2
Hole Pitch
Hole pitch (jarak antar posat lubang) lp, harus tidak kurang dari 2 xdiameter lubang, dan range normal 2,5-4,0 kali diameter lubang.Dengan range ini pitch dapat dipilih untuk memberikan jumlah lubangaktiv yg diperlukan untuk luas lubang tertentu. Dari bentuk squaredan equilateral triangular yang digunakan, triangular lebih dipilih.Total area lubang sebagi fraksi area perforasi Ap diberikan persamaanberikut, untuk equilateral triangular (segitiga sama sisi) pitch:
2
9,0
p
h
p
h
l
d
A
A
Persamaan diplot pd gambar 11.33dh = dimeter holelp = hole pitch
Ah/Ap = 0,2054/2,0243= 0,1015
Dari gambar 11.33,lp/dh = 2,85
Hole pitch = (lp/dh) x dh
= 2,85 x 0,005 m= 0,01425 m= 0,01425 m
Luas 1 hole = ¼ x 3,14 x 0,0052
= 1,96 x 10-5
Jumlah hole= Ah/ luas 1 hole= 0,2054/1,96 x 10-5
= 10.643,077 holes
Diameter plat
Diameter lubang
Hole pitch
Jumlah lubang
TDR
material plate
2,0927 m
0,005 m
0,0149 m
10.643
80 %
Stainless steel
Spesifikasi plate
Material downcomer
Tray spacing
Plate thickeness
Panjang weir
Tinggi weir
Plate pressure drop
Stainlees steel
0,6 m
0,003 m
1,55 m
0,05 m
10,113 mmHg
1,5
5m
2,0
279
m
Top Related