Perancangan Alat Proses

Chemical Equipment DesignCentrifugal Separator (Cyclone)ReffrencesCoulson and Richardsons Chemical Engineering Volume 2, Particle Technology and Separation Process, 5th Edition.Coulson and Richardsons Chemical Engineering Volume 6, Chemical Engineering Design, 4th Edition.Perrys Chemical Engineering Handbook, Seven Edition.SiklonSiklon (cyclone) merupakan salah satu alat pemisah (separator) yang berkerja berdasarkan gaya sentrifugal.Siklon dapat digunakan untuk memisahkan padatan dengan gas (solid-gas), cairan dengan padatan (solid-liquid) maupun cairan dengan cairan (liquid-liquid)SiklonSiklon yang digunakan untuk memisahkan suatu cairan, baik dengan padatan maupun dengan cairan lainnya dikenal dengan hidrosiklon (hydrocyclone).Siklon juga terdapat pada pabrik CPO, yaitu untuk memisahkan cangkang dengan inti sawit, dan memisahkan serabut dengan cangkang sawit. Siklon di Pabrik CPO

Fiber siklon untuk memisahkan serabut dengan inti cangkang sawitHidrosiklon untuk memisahkan inti dan cangkang sawit5Keunggulan dan kelemahan SiklonKeunggulanBiaya pembuatan murah (suku cadang sedikit dan mudah memasangnya)Mampu beroperasi pada tekanan tinggi (material siklon terbuat dari metal/baja)Perawatan gampang (tidak memiliki bagian yang begerak)Keunggulan dan kelemahan SiklonKelemahanEfisiensi rendah (terutama untuk partikel yang sangat kecil). Siklon biasanya digunakan untuk memisahkan partikel yang besar dari 5m.Biaya operasi relatif besar (daya diperlukan untuk membuat beda tekan yang besar).

Pola aliran dalam siklonGas bergerak secara spiral ke bawah sampai mendekati pusat vessel, dan kemudian naik melalui pusat vessel ke bagian atas vessel.Kecepatan tangensial gas muncul mendominasi sepanjang vessel, kecuali kondisi gas sangat turbulen. Kondisi turbulen terjadi jika diameter rotasi partikel = 0,4 diameter pipa gas keluar.Kecepatan radial bergerak ke dalam.Pola aliran dalam siklonGaya-gaya yang bekerja pada partikel ada 2 (dua). Keduanya arah radial dan berlawanan arah. Gaya sentrifugal cenderung melempar partikel ke dinding. Gaya friksi cenderung membawa padatan terbawa arus gas keluar. Gaya sentrifugal ditingkatkan dengan memperbesar kecepatan tangensial, sedangkan gaya friksi ditingkatkan dengan memperbesar kecepatan radial.Pola aliran dalam siklonGaya-gaya pada siklon merupakan fungsi dari diameter rotasi dan diameter partikel. Ukuran partikel yang berbeda cenderung berotasi pada jarak dari pusat yang berbedaPersamaan Gaya SentrifugalDari: ac = r2dengan, ac = percepatan sentrifugal, m/detik2r = jarak radial dari pusat rotasi, m = kecepatan sudut, radian/detikGaya sentrifugal:Fc = m.ac = mr2(satuan SI)Fc = mr2/gc(satuan British)dengan: gc = 32,174 lbm ft/(lbf s2)Persamaan Gaya SentrifugalJika, = v/rdengan, v = kecepatan tangensial, m/detikmaka,Fc = m v2/rJika kecepatan rotasi dinyatakan dalam N rpm, maka, = (2N)/60Gaya sentrifugal menjadi:Fc = mr [(2N)/60]2 = 0,01097 mrN2Perbandingan gaya gravitasidengan gaya sentrifugalGaya gravitasi, Fg = m gdengan, g = 9,80665 m/detik2maka: ac/g = 0,00118rN2Untuk siklon: ac = 5 g (diameter siklon besar) ac = 2.500 g (diameter siklon kecil)

Kecepatan settling sentrifugalKecepatan terminal yang dipengaruhi gravitasi adalah:Jika gaya gravitasi diganti dengan percepatan sentrifugal, ac maka:dengan:Vr = kecepatan radial (sama dengan kecepatan alir volumetrik dibagi luas penampang aliran)

Kecepatan settling sentrifugalDengan, = vtan/r

Kecepatan settling sentrifugalvt = kecepatan terminal gravitasi = free settling velocity

vtan = kecepatan tangensial, berbanding terbalik dengan akar jari-jari.

vtan = vtano (D/2r)

vtano nilainya mendekati kecepatan gas masuk (vin)

Profil vr dan vtan dalam siklonKecepatan settling sentrifugalJika r (jari-jari rotasi) besar, maka vt besar dan pemisahan padat-gas akan lebih mudah.Jika asumsi sebuah partikel akan dipisahkan, sehingga berotasi dengan:d = 0,4 do atau r = 0,2 dodengan do = diameter keluaran gas.maka:

dengan vr = kecepatan radial sama dengan kecepatan alir volumetrik dibagi luas penampang aliran.

Kecepatan settling sentrifugal

dengan:G = kecepatan alir massa, massa/waktuZ = tinggi siklonG/ = kecepatan alir volumetrik, volume/waktu

Terminal settling velocity untuk partikel terkecil:

Kecepatan settling sentrifugalJika dinyatakan dalam luas penampang masuk (Ain):

Untuk G besar akan diperoleh vt besar, sehingga hanya partikel besar yang bisa terambil.

Hubungan efisiensi siklon dengan ukuran partikel [Fig. 1.55, Coulson, Vol. 2, 5th edition]Contoh perhitungan diameter teoritis siklonA cyclone separator, 0,3 m in diameter and 1.2 m long, has a circular inlet 75 mm in diameter and an outlet of the same size. If the gas enters at a velocity of 1.5 m/s at what particle size will the theoretical cut occur?

The viscosity of air is 0.018 mN s/m2, the density of air is 1.3 kg/m3 and the density of particles is 2700 kg/m3.PenyelesaianDengan data: Croos sectional area pada gas inlet, Ai = (/4)(0,075)2 = 4,42 x 10-3 m2 Gas oulet diameter , do = 0,075 m Gas density, = 1,30 kg/m3 Height of separator, Z = 1,2 m Separator diameter, dt = 0,3 mSehingga:Mass flow rate gas, G = (1,5 x 4,42 x 10-3 x 1,3)= 8,62 x 10-3 kg/sTerminal velocity of the smallest particle reatined by the separator,uo = 0,2 Ai2 dog/(ZdtG) = [0,2 x (4,42 x 10-3)2 x 0,075 x 1,3 x 9,81]/[ x 1,2 x 0,3 x 8,6 x 10-3] = 3,83 x 10-4 m/detikUse is now made of stokes law to find the particles diameter, as follows: uo = d2g(s )/18d = [uo x 18 /g(s )]0,5 = [(3,38 x 10-4 x 18 x 0,018 x 10-3)/ (9,81(2700 1,30))]0,5 = 2,17 x 10-6 = 2,17 m Disain siklon menurut Stairmands methodMenurut Stariman ada 2 (dua) tipe siklon:1. High effesiency cyclone, Fig. 10.44a2. High gas rate cyclone, Fig. 10.44b.

Berdsarkan data percobaan, diperolah kurva standar siklon (hubungan efiesiensi dengan ukuran padatan), seperti Fig. 45a (high effeciency cyclone) dan Fig. 45b (High gas rate cyclone)

Kurva-kurva tersebut digunakan untuk memprediksi ukuran siklon yang beruuran berbeda dengan siklon standar.

Kisaran kecepatan inlet = 9 27 m/detikKecepatan inlet optimum = 15 m/detik

Dalam perncangan, efisiensi perancangan ditetapkan sama dengan efisiensi siklon standar, seperti diperlihatkan Fig. 10.46.

Tahap perancangan siklonTentukan jenis siklon, high eff atau high gas rate cyclone?Tentukan distribusi ukuran padatan yang akan diproses.Tentukan % efisiensi (% recovery)Tentukan jumlah siklon paralelTentukan Dc untuk v = 15 m/detik. Bandingkan Dc perancangan dengan Dc standar. Jika Dc perancangan terlalu besar kembali ke langkah 4.

Tahap perancangan siklonHitung scaling faktor dan menyusun scales curve.Hitung % efisiensi. Jika tidak sesuai dengan yang diinginkan, kembali ke lahkah 3.Gambarkan siklon dan dimensinya.

Homework due to 20/05/15