crystallizer mika

CRYSTALLIZER

Prarancangan Pabrik Herbisida Glyphosate dari NPMIDA dan H2O2 dengan Kapasitas 15.000 Ton/Tahun

CRYSTALLIZER

Fungsi

Jenis

Kondisi operasi:

:

:Mengkristalkan produk Glyphosate sebanyak 1729,48 kg/j

dari Umpan keluar Flotator Unit sebanyak 18584,83 kg/j

Tank Crystallizer with External Circulation Through a Heat Excanger1. Suhu 5 (C

2. Tekanan 1 atm

1. Dasar Pemilihan Alat :Klasifikasi Crystallizer secara umum dapat dikelompokkan berdasarkan metode yang digunakan untuk mencapai keadaan supersaturation, beberapa metode yang paling sering digunakan antara lain (Schweitzer, 1997) :

Supersaturation by cooling.

Supersaturation by the evaporation of the solvent.

Supersaturation by adiabatic evaporation (cooling and evaporation).

Salting out by adding a substance that reduce the solubility of the substance.

Supersaturation by reaction.

Jenis pertama digunakan jika bahan yang akan dikristalkan memiliki solubility coefficient yang positif (solubilitas meningkat terhadap kenaikan suhu). Jenis kedua untuk bahan dengan solubility coefficient yang kecil atau negative (kurva solubilitas mendatar). Jenis ketiga disebut juga adiabatic cooling, beroperasi pada kondisi vakum dan solubility coefficient yang positif.

Menurut Coulson (1983), ada 4 tipe Crystallizer yaitu :

Tank, untuk operasi batch, skala kecil dan menangani bahan seperti Asam lemak, minyak sayur dan gula.

Scraped surface, untuk senyawa organic dengan kemungkinan membentuk fouling dan material dengan viskositas tinggi. Cocok untuk Klorobenzen, Asam organik, lilin parafin, naphthalene, dan urea.

Circulating magma, menghasilkan kristal dengan ukuran besar, untuk bahan seperti amonium, garam organik seperti Na dan K klorida.

Circulating liquor, menghasilkan kristal dengan ukuran seragam (lebih kecil daripada Circulating Magma), untuk bahan seperti Nitrat dari Na dan K, perak Nitrat.

Solubilitas glyphosate (N-phosphonomethyl glycine) dalam air naik dengan kenaikan suhu, ini berarti koefisien solubilitas glyphosate nilainya positif. Dari Tabel 2 Schweitzer (1979, hal. 2-168) jenis yang cocok untuk sistem ini adalah kristaliser yang kondisi supersaturation ditimbulkan dengan cara cooling (pendinginan).

Tabel 1. Data Kelarutan Glyphosate (US Patent No. 6730813)

Suhu , 0CKelarutan, g/100 g air

50,6645

101,60

254,19

355,95

457,70

559,56

6511,2723

Menurut US Patent No. 6228807 distribusi ukuran produk kristal glyphosate komersial adalah 20 60 US Mesh.

Dalam industri terdapat beberapa jenis crystallizer yang menggunakan metode pendinginan (cooling) untuk mendapatkan kondisi supersaturation, antara lain (Mullin, 2001) :a) Agitated Tank Crystallizerb) Tank Crystallizer with External Circulation Through a Heat Excanger

c) Swenson-Walker Crystallizer

d) Cooling Disc Crystallizer

e) Oslo-Krystal Cooling Crystallizer

f) Direct Contact Coliing Crystallizer

Pada kasus pengkristalan glyphosate ini digunakan Tank Crystallizer with External Circulation Through a Heat Excanger dengan pertimbangan :

a. Penurunan suhu cukup besar (dari 650C sampai 50C) sehingga tidak memungkinkan bila pendinginan dilakukan dengan menggunakan jaket.

b. Konsentrasi kristal cukup rendah (sekitar 10%)

Gambar.1 Tank Crystallizer with External Circulation Through a Heat Excanger (Mullin, 2001)2. Hasil Kristal Teoritis

Umpan masuk dari flotator :

Tabel 2. Data Umpan Masuk CrystallizerKomponenMass flow rate, kg/jam

NPMIDA49,47

H2O20

H2O16166,05

CO29,69

Glyphosate 1843,37

Asam formiat516,25

Total, kg/jam18584,83

Hasil kristal teoritis yang dapat diperoleh dihitung dengan rumus (Mullin, 2001):

................(1)

dengan :

Y= crystall yield, kg/jam

W= jumlah solven mula-mula, kg/jam

c1= konsentrasi solute dalam umpan mula-mula , kg/kg solven

c2= konsentrasi akhir solute (kelarutan solute), kg/kg solven

V= solven yang hilang karena penguapan, kg/jam

R= rasio berat molekul kristal terhadap molekul murni (anhydrous salt)

Data perhitungan :

W= 16116,05 kg/jam

C1= 0,1104 kg glyphosate /kg air

C2= 0,0068 kg glyphosate /kg air

V= 0

R= 1

Dengan memasukan data-data diatas kedalam persamaan (1) diperoleh

Y= 1729,48 kg/jam atau sekitar 93,82 % dari glyphosate umpan akan mejadi kristal.

Formulasi produk keluar tangki pengkristal adalah sebagai berikut :Tabel 3. Data Produk Keluar CrystallizerKomponenMass flow rate, kg/jam

NPMIDA49,47

H2O20,00

H2O16166,05

CO29,69

Glyphosate cair113,89

Glyphosate kristal1729,48

Asam formiat516,25


3. Perancangan Dimensi Tangki PengkristalAsumsi :

1. Kondisi operasi pada steady-state.2. Volume cairan dalam kristaliser tetap.3. Tidak ada kristal dalam umpan masuk.

4. Semua kristal memiliki bentuk yang sama.

5. Tidak ada peprpecahan (break down) kristal.

6. Kecepatan pertumbuhan kristal tidak tergantung ukuran kristal.

Kristalisasi terjadi dalam 2 tahap :

1. Pembentukan inti kristal baru ( nukleasi)

2. Pertumbuhan kristal1. Pembentukan inti kristal baru ( nukleasi )

Kecepatan nukleasi dapat dinyatakan dalam persamaan (Mc Cabe, 1986) :

................(2)

dengan :

B0= kecepatan nukleasi, jumlah kristal/ cm3 s

Na= bilangan Avogadro = 6,0222 1023 molekul / gmol

R= konstanta gas = 8.314 107 erg s / gmol K

C= faktor frekuensi

= tegangan muka antara cairan dan padatan, dyne/cm

VM= Volume molar kristal, cm3 / gmol

= jumlah ion tiap molekul solut

= ratio konsentrasi larutan lewat jenuh dengan larutan jenuh = C / Cs

2. Pertumbuhan Kristal

Kecepatan pertumbuhan kristal dapat dinyatakan dalam (McCabe,1986):

................(3)

Pertumbuhan kristal adalah proses transfer massa yang dilanjutkan dengan reaksi permukaan.Persamaan umum untuk laju kristalisasi berdasarkan overall driving force (Kirk-Othmer, 1979) :

dengan

K= koefisien transfer massa dari cairan ke padatan, cm/s

AC = luas permukaan kristal, cm2

(C = driving force = beda konsentrasi = (C Cs) g/cm3

Cs = konsentrasi jenuh, g/cm3

Asumsi : kristal yang terbentuk berbentuk bulat dengan diameter Lc

Ac = 4.(.R2 = (.Lc2mC = (c..Lc3

maka

sehingga

maka nilai laju pertumbuhan linier kristal menjadi :

................(4)dengan:

G =Kecepatan pembesaran inti kristal, cm/detik.

Lc =Dimensi linear kristal, cm.

t =Waktu, detik.

K =Koefisien transfer massa, cm/detik.

c =rapat massa padatan, g/cm3.

C =Konsentrasi dalam larutan, g/cm3.

Cs =Konsentrasi dalam larutan jenuh, g/cm3.

mc =Massa padatan, g.

Ac =Luas permukaan padatan, cm2.

Mencari Nilai Koefisien Transfer Massa dari Cairan ke Padatan (K)

Harga koefisien transfer massa kristal glyphosate ditentukan dengan persamaan mass transfer correlation for fluid-fluid interface untuk force convection around a solid sphere seperti pada persamaan (Cussler,1990).

...(5)Dengan

K =Koefisien transfer massa, m/detik.

dp =Diameter partikel padatan, m (diambil ukuran kristal 0,065 cm).

D =Difusivitas, m2/detik

Sc =Bilangan Schmidt

Re =Bilangan Reynolds

Jika ukuran butir padatan (dp) kecil atau perbedaan rapatnya dengan cairan tidak besar, dan nilai difusifitas (D) besar maka pengaruh bilangan Schmidt dan Reynolds dapat diabaikan sehingga:

................(6)

Nilai difusifitas (D) didekati dengan persamaan Wilke-Chang (Treybal, 1968):

................(7)

dengan :

MB = berat molekul solven

T

= suhu operasi, K

(B = viskositas solven pada suhu, cP

VA = volume molar solut pada titik didih normal, cm3/mol

(

= koefisien asosiasi solven Data perhitungan :

A= 152,20 cm3/gmolT= 50 C (278 K)

M = 18,02

= 2,26

= 0,4772 cpDengan memasukan data-data diatas kedalam persamaan (7) diperoleh

DAB = 1,3491x10-5 cm2/s

= 1,3491x10-9 m2/sSebagai perbandingan, untuk urea dalam air, DAB = 1,37.10-5 cm2/s

Diameter partikel (Lc) = 28 US Mesh = 5,89 x 10-4 m

Sehingga dengan persamaan (6) dapat diperoleh koefisien transfer massa (K) =

= 4,58 10-6 m/sMenghitung konsentrasi glyphosateKonsentrasi glyphosate dalam umpan (C) :

Konsentrasi glyphosate dalam umpan : 0,1104 kg glyphosate /kg airDensitas air (5C) : 999,96 kg/m3 ( kristal glyphosate = 1,7 g/cm3 (1700 kg/m3)C = = 103,6940 kg/m3Konsentrasi jenuh glyphosate (CS) :

Suhu proses kristalisasi = 5 (C

Dari data kelarutan pada Tabel 1, diperoleh nilai kelarutan glyphosate pada suhu tersebut adalah sebesar 0,6645 kg/100 kg air.

S = 0,006645 kg/kg air

Cs = = 6,6189 kg/m3

Nilai laju pertumbuhan linier kristal menjadi :

=

= 5,23 x10-8 m/s = 0,1833 mm/j

Sebagai pembanding, nilai kecepatan pertumbuhan kristal asam sitrat = 3 x10-8 m/s (Mullin, 2001)Menentukan Waktu Kristalisasi :Waktu kristalisasi dipilih sedemikian rupa sehingga dihasilkan distribusi produk yang memenuhi syarat, tetapi juga tidak terlalu kecil karena akan menyulitkan proses pemisahan. Menurut Mullin (2001) waktu tinggal kristal dan cairan dalam tangki kristalisasi dihitung dengan :

................(8)

dengan LM = median size, mmMenurut US Patent No. 6228807 ukuran produk glyphosate komersial adalah 20 60 US Mesh, maka diambil median size = 28 US Mesh (0,589mm) sehingga waktu kristalisasi adalah :

= 0,8521 jamMenentukan Volume Tangki Pengkristal

Densitas slurry = 1069,54 kg/m3

V =

V = = 14,81 m3Menentukan Distribusi ukuran Kristal

Massa kristal yang tumbuh sampai berukuran L dapat dihitung dengan rumus (Mullin, 2001) :

................(9)dengan

................(10)jumlah seluruh massa kristal diperoleh dengan mengintegralkan persamaan (9) sampai , sehingga diperoleh massa total seluruh kristal yang terbentuk (Mullin, 2001):

................(11)

Fraksi massa kristal yang tumbuh sampai berukuran L terhadap massa total kristal yang terbentuk dapat diperoleh dengan membagi persamaan (9) dengan persamaan (11):

dengan mensubtistusi , maka persamaan diatas dapat diintegralkan dan diperoleh persamaan untuk menghitung fraksi massa kristal yang tumbuh sampai berukuran L terhadap massa total kristal yang terbentuk sebagai berikut (Mullin, 2001):

................(12)

keterangan :

= volume shape factor, untuk bola = /6

= massa jenis kristal, kg/m3

L= ukuran kristal, m

G= kecepatan pertumbuhan kristal, m/s

= waktu tinggal kristal didalam crystallizer, s

n= population density, jumlah/m.m3

= cumulative mass distributionDengan menggunakan persaaan (12) dapat dihitung cumulative mass distribution dan distribusi fraksi massa di setiap ukuran seperti yang tercantum pada Tabel 3.Contoh perhitungan : Waktu tinggal= 0,8521 jam G

= 0,1833 mm/j

Screen size= 20 mesh

Aperture (L) = 0,833 mm

... (Brown, 1960)

X = = 5,19 M(x) = = 0,761Dengan cara yang sama diperoleh hasil seperti Tabel 3.Tabel 3. Distribusi Ukuran Produk Kristal Glyphosate Screen size, Crystall SizeXCummulative Fraksi massa

Mesh L, mmmass, M(x)

82.36214.721.0000.000

101.65110.290.9920.008

121.3978.700.9740.018

141.1687.280.9320.042

160.9916.170.8640.068

200.8335.190.7610.103

240.7014.370.6350.126

280.5893.670.5000.135

320.4953.080.3720.128

350.4172.600.2640.108

420.3512.190.1780.086

480.2951.840.1150.063

600.2481.550.0710.043

650.2081.300.0430.029

800.1751.090.0250.018

1000.1470.920.0140.011

1500.1040.650.0040.010

2000.0740.460.0010.003

Diameter partikel rata-rata (La) :

La = ( (Xwi).(Li) = 0,589 mm

Dari Tabel. 3 dapat dibuat grafik seperti pada Gambar.2 dan Gambar. 3

Gambar.2 Grafik Hubungan Antara Ukuran Kristal (Crystal size) dengan Cummulative Mass Distribution

Gambar.3 Grafik Hubungan Antara Ukuran Kristal dengan Fraksi Masa

Menentukan Dimensi Tangki Pengkristal

Tangki dirancang berbentuk silinder dengan dasar berbentuk kerucut untuk mempermudah pemungutan (recovery) hasil kristal glyphosate. Menurut Backhurst (1983) diameter alat minimal = 2 m.Dipilih diameter tangki = 2,3 m Vtotal = Vsilinder + V kerucut

;

H = Hs + Hk

Dt = 2,3 m ; Rt = (0,5) x 2,3 m = 1,15 m

Tan 60 = Hk/Rt ( Hk = 1,99 m

Volume cairan dan kristal dalam tangki pengkristal : 14,81 m3Pada perancangan dipilih overdesign = 20 %, sehingga :

V = (1,2).( 14,81 m3) = 17,77 m3 Vbottom = 1/3.(.Rt2.L = 1/3.(.(1,15)2.(1,99) = 2,76m3

V silinder = (17,77 2,76) m3 = 15,01 m3

Tinggi silinder = 4.V/((.Dt2) = 4.( 15,01 )/(( x 1,152) = 3,61 m

Sehingga tinggi bottom + silinder = 1,99 + 3,61 m = 5,6 mMenghitung Tebal Dinding Tangki Pengkristal

Menurut Brownell and Young (1959) tebal shell dinding reaktor dapat dihitung dengan rumus :

............(13)

dengan :

t = tebal dinding reaktor minimum, in

p = tekanan, psi

ri = jari-jari dalam, in

f = Tekanan maksimum yang di ijinkan, psi

E = Efisiensi sambungan ( Welded joint )

C = Corrosion allowance, in

Tekanan untuk perancangan dihitung dengan persamaan :

P total = Phidrostatis + Poperasi

............(14)

Poperasi= 1 Atm = 14,7 psia

............(15)

Data perhitungan :

camp = 1069,54 kg/m3

tinggi= h = 5,6 m

Phidrostatis= (1069,54 kg/m3).(9,81 m/s2).( 5,6 m)

Phidrostatis = 58784,57pascal = 8,53 psia

P total= 23,06 psia

P design = 1,2 (P total)

P design = 28,87 psia = 13,17 psig

Menentukan Bahan Konstruksi Tangki Pengkristal:

Pertimbangan : Cairan dalam reaktor bersifat cukup korosif

Dari tabel 23-3 Perry(1984) :

dipilih bahan konstruksi Stainless Steel 316 AISI ( 18Cr, 12Ni, 2.5Mo)

Allowable stress (f) =18847,95psi

Sambungan yang dipilih = double welded butt joint

Efisiensi sambungan =80%

Corrosion allowance =1/8 in =0,125in

ri = Dt/2 = 45,276 in

sehingga tebal dinding reaktor menjadi :

t=

= 0,1646 in

dipilih tebal plat standar = 3/16 in Perhitungan Tebal Head Tangki PengkristalBentuk head dan bottom dibuat sama yaitu tipe flanged and dished heads atau torispherical. Pertimbangannya adalah, tipe ini digunakan untuk vessel dengan kisaran tekanan sampai 200 psig baik untuk vessel vertikal maupun horisontal.

Keterangan:

ID = diameter dalam head

OD = diameter luar head

t = th = tebal head

rc = jari-jari dish

icr = jari-jari dalam sudut dish

b = tinggi head

sf = straight flange

ID = Dt = diameter reaktor = 90,55 in

Diambil harga rc = radius of dish = ID = 90,55 in

Diambil harga = 6 %

Tekanan, P = 13,17 psig

Menurut Brownell and Young (1959) tebal torispherical head dengan icr/ID = 6% dapat dihitung dengan rumus :

............(16)

Bahan shell head sama dengan bahan shell dinding yaitu yaitu Stainless Steel 316 AISI ( 18Cr, 12Ni, 2.5Mo) :

t = 0,182in

dipakai tebal standar = 3/16 in = 0,1875 in

Untuk t = 3/16 in ,

Menurut Brownell & Young (1959) Sf = 1.5-2in

dipilih Sf = 2 in

ID = 90,55 in

OD = ID + 2t = 90,55 + 2(0,1875) = 90,93 in

a= 45,28 in

Icr= 5,43 in

AB= a - icr = 39,84 in

BC= r- icr = 85,12in

AC= 75,22 in

b= r- AC = 15,334 in

OA= th + b + sf = 17,52 in

= 0,45 m

Menurut Brownell & Young (1959), volume sebuah torispherical head dengan icr = 6% ID

Vh = 0,000049(ID3),ft3

............(17)

dengan ID dalam satuan in.

Volume 1 head= volume head tanpa sf + volume pada sf

= 0,000049 ID3 + ft3

= 43,84 ft3 = 1,24 m3

Perhitungan Tebal Bottom Tangki Pengkristal

Menurut Brownell and Young (1959) tebal shell conical bottom dapat dihitung dengan rumus :

............(18)

Bahan shell bottom sama dengan bahan shell dinding yaitu yaitu Stainless Steel 316 AISI ( 18Cr, 12Ni, 2.5Mo) . Jenis sambungan las dipilih : Double Welded Butt Joint, dengan welded joint efficiency (E) = 0,8 (Brownel and Young, 1979).

Keuntungan :

1. Lebih bagus untuk bahan yang korosif

2. Pengerjaan lebih mudah sehingga banyak digunakan

3. Dapat digunakan untuk segala ketebalan alat

Sehingga dengan persamaan (18) tebal conical bottom dapat dihitung sebagai berikut :

= 0,1646 in

sehingga dipakai tebal standar = 3/16 in = 0,1875 in

Volume total tangki pengkristal termasuk head dan bottom= 19,01 m34. Perancangan Isolasi

Isolasi diperlukan agar suhu dinding crystallizer tidak terlalu tinggi demi keamanan dan

kenyamanan kerja operator.

Keterangan gambar :

TL = Suhu cairan dalam crystallizer

Tin = Suhu dinding dalam crystallizer

Ts = Suhu dinding luar crystallizer

Tout = Suhu dinding luar isolasi

Tu = Suhu udara sekitar

tis = Tebal isolasi

ts = Tebal dinding crystallizer

r-in = Jari-jari dalam crystallizer

ro = Jari-jari luar crystallizer = rin + ts

r-is = Jari-jari luar isolasi = ro + tis

Dirancang Tout

= 20 0C=68 0F

Menurut Perry (1999) untuk suhu 68F dapat digunakan isolasi polyisocyanurate.

TL = T larutan= 5 0C= 41 0F

Tu

= 30 0C= 86 0F

Diameter dalam crystallizer:

ID= 2,3 m= 7,55 ft

Tebal dinding crystallizer:

t= 3/16in= 0,0156 ft

Diameter luar crystallizer:

OD= ID + 2.t= 7,56 ft

Suhu lapisan film udara:

Tf= (Tout + Tu)/2 = 77 0F

T= Tout Tu= 18 0F

Koefisien muai volum, = 1,86x10-3 R-1Sifat sifat udara pada Tf (Holman, 1981):

f= 0,0725lb/ft3

f= 0,0446 lbm/ft/j

Cpf= 0,241 Btu/lb/0F

kf= 0,0152 Btu/hr/ft/F

konduktivitas panas isolator (Perry,1999):

kis= 0,0125 Btu/j.ft.0Fkonduktivitas panas bahan shell :

ks= 26 Btu/j.ft.0FDinding crystallizer dapat dianggap sebagai plat datar jika memenuhi syarat (Holman, 1981):

............(19)

............(20)

denganL = tinggi total crystallizer, ft

Gr= bilangan Grashoff

= densitas udara, lb/ft3

= viskositas udara, lb/ft/j

g

= percepatan gravitasi, ft/s2

t= beda suhu, 0F

= koefisien pengembangan, 0R

L= Hs + Hk + OA = 6,05 m= 19,84 ft.

Gr=

Gr= 2,97 x1011cek asumsi plat datar :

OD/L= 0,5188

35/Gr1/4= 0,0368

maka karena OD/L> 35/Gr1/4, dinding reaktor dapat dianggap plat datar.

Bilangan prantl udara :

............(21)

Pr= 70596,93bilangan Raleigh :

Ra= Gr.Pr= 2,1x106untuk 104 < Ra < 109 maka koefisien perpindahan panas konveksi dapat dicari dengan rumus :

hc= 1,42(T/L)1/4 W/m2C

............(22)

hc= 2,8223 W/m2C

= 0,4979 Btu/j/ft2/F

Perpindahan Panas KonveksiPerpindahan panas konveksi melalui dinding luar isolasi dapat dihitung menggunakan rumus :

............(23)dengan hc = koefisien perpindahan panas konveksi, Btu/j/ft2/FLuas permukaan perpindahan panas konveksi adalah luas permukaan dinding silinder + luas head + luas bottom :

............(24)Luas permukaan dinding silinder :

............(25)dengan ris = jari jari luar dinding isolasi.

Luas permukaan head :

............(26)Luas permukaan bottom :

............(27) Perpindahan Panas Konduksi

Perpindahan panas konduksi melalui dinding luar isolasi dapat dihitung menggunakan rumus :

............(28)dengan :

q bot= perpindahan panas konduksi melaui bottom, BTU/jam

q sil= perpindahan panas konduksi melaui dinding silinder, BTU/jam

q head = perpindahan panas konduksi melaui head, BTU/jam

Perpindahan panas konduksi melaui bottom dapat dihitung menggunakan rumus :

............(29)Perpindahan panas konduksi melaui dinding silinder dapat dihitung menggunakan rumus :

............(30)Perpindahan panas konduksi melaui head dapat dihitung menggunakan rumus :

............(31)Perpindahan panas konduksi melaui dinding sama dengan perpindahan panas konveksi, sehingga persamaan (23) sama dengan persamaan (28). Tebal isolasi dihitung dengan coba-coba sehingga diperoleh perpindahan panas konveksi sama dengan perpindahan panas konduksi.

Perhitungan :

rin= 3,7729 ftts= 3/16 in = 0,0156 ft

ro= 3,7798 ft

Hs= 3,61 m = 11,84 ft

Hk= 1,99 m = 6,53 ft

Sf= 2 in = 0,167 ft

Tin= TL = 5 C = 41F

Tout= 20C = 68 F

Tu= 30C = 86 C

Dengan memasukan nilai tebal isolasi (tis) = 2,84 cm (0,0933 ft):

ris= 3,8730 ft

= 292,12 ft2

= 47,10 ft2

= 94,20 ft2

= 433,42 ft2

sehingga perpindahan panas konveksi :

= - 2212,36 BTU/jam

Perpindahan panas konduksi harus sama dengan perpindahan panas konveksi :

Menggunakan persamaan (29) :

= -665,27BTU/jamMenggunakan persamaan (30) :

= - 1736,68 BTU/jamMenggunakan persamaan (31) :

= - 170,41 BTU/jam

= - 2212,36 BTU/jam

Sehingga tebal isolasi untuk menjaga agar suhu dinding luar 20 0C adalah 2,84 cm, dan panas yang dari lingkungan sekitar setelah diisolasi adalah 2212,36 Btu/jam.

5. Perancangan Pendingin

Asumsi/data :

- aliran feed masuk HE = 50 % dari aliran slurry (Mullin, 2001)- suhu aliran magma = 5CKomposisi aliran magma A :

KomponenFlow Rate, Kg/jam

NPMIDA49,47

H2O16166,05

CO29,69



Asam formiat516,25


Umpan masuk (B) dengan komposisi :


NPMIDA49,47

H2O16166,05

CO29,69



Asam formiat516,25


Menghitung Beban Panas Pendingin

Tabel 4. Data Kapasitas Panaskomponen Cp rata-rata

k Joule/kg K

NPMIDA0,469

Glyphosate 0,526

CO20,908

H2O4,190

As. Formiat2,271

Perhitungan Neraca panas :

Panas masuk bersama umpan + panas kristalisasi + transfer panas dari lingkungan sekitar =n panas yang keluar bersama produk + panas yang diambil pendingin.Panas yang dibawa umpan masuk pendingin : Q1Q1 = [(49,47).(0,469)+(16166,05).(4,190)+(9,69).(0,908)+(1843,37).(0,526)+ (516,25).(2,271].[65 25] = 2796225,20 kjoule/jPanas yang dibawa produk keluar pendingin : Q2Q2 = [(49,47).(0,469)+(16166,05).(4,190)+(9,69).(0,908)+(1843,37).(0,526)+ (516,25).(2,271].[5 25] = -1398112,60 kjoule/jPanas kristalisasi glyphosate : Q3Data panas kristalisasi tidak ada, diambil sama dengan heat of fusion (Kirk-Othmer, 1983).

Panas kristalisasi glyphosate = 133,7161 kjoule/kgQ3 = (133,7161 kjoule/gram).(1729,48 kg/jam) = 231259,15 kjoule/jTransfer panas dari lingkungan : QLQL

= 2212,36 BTU/jam

= 2334,20 kjoule/jBeban panas pendingin = Q1 - QL - Q2 - Q3

Qc

= 2796225,20 + 2334,20 - (-1398112,60 ) - 231259,15

= 4427931,14 kjoule/jAlat pendinginan yang akan digunakan adalah HE Umpan HE :


NPMIDA98.95

H2O32332.11

CO219.38

Glyphosate cair1957.26

Glyphosate kristal1729.48

Asam formiat1032.49

Total, kg/jam37169.66

Menghitung suhu campuran masuk HE

aliran magma (A)

z umpan (B)

C = A+B

- Suhu A = 5C

- Suhu B = 65 C

Tinjau neraca panas pada titik z gambar diatas :

panas dari aliran (1) + panas dari aliran (2) = panas yang dibawa aliran (3)

[( mi.Cpi.(Tr TA)]A + [( mi.Cpi.(Tr TB)]B = [( mi.Cpi.(Tr TZ)]Z {A} + {B} = {C}

............(32)

Menggunakan persaman (19) dan suhu referensi =25C maka suhu slurry pada titik z dapat dihitung :

QA=[(49,47).(0,469)+(16166,05).(4,190)+(9,69).(0,908)+(113,89+1729,48).(0,526)+ (516,25).(2,271)].[5 25]

QA= -1398112,60 kjoule/j

QB= [(49,47).(0,469)+(16166,05).(4,190)+(9,69).(0,908)+(1843,37).(0,526)+ (516,25).(2,271].[65 25]

QB=2796225,20 kjoule/j

Qc=[(49,47).(0,469)+(16166,05).(4,190)+(9,69).(0,908)+(113,89+1729,48).(0,526)+ (516,25).(2,271)].[Tz 25]

Qc=69905,63.[ Tz 25] kjoule/j

Diperoleh suhu slurry Tz (T1) = 45 C = 113 F

Menentukan kondisi proses: Slurry :

Suhu slurry masuk HE = Tz (T1) = 45 C = 113 F

Suhu slurry keluar (T2) = 5 C = 41 F

Suhu rata-rata = 77 F

Pendingin :

Dipakai pendingin Brine (CaCl2) dengan konsentrasi 20%.Dipilih suhu pendingin masuk (t2) = - 5C = 23FSuhu pendingin keluar (t1) = 30C = 86Ftav = .(23 + 86) F = 54,5 F

Sifat-sifat fisis pendingin pada suhu tav (Perry, 1999) :

(c = 4,5576 lbm/ft.j

(c = 74,127lb/in3

Cp = 0,1851 Btu/lb.F

kc = 0,3236 Btu/j.ft.F

(T1 = (113 - 86) F = 27 F(T2 = (41 - 23) F = 18 FLMTD = = 22,20 FKebutuhan air pendingin :

Dihitung dengan rumus :

Panas yang harus dihilangkan pendingin = 4427931,14 kjoule/j

= 4196847,03 Btu/j

............(33)mc = 85956,5 lb/j

Penentuan Route Fluida

Pendingin dilewatkan shell dan bahan yang akan didinginkan dilewatkan tube (bahan yg korosif, fouling factor besar => tube, bahan yang volumenya besar, dan viscous => shell).

Pemilihan UD

Berdasarkan Tabel 8 Kern (1983), cooler dengan hot fluid light organics (viskositas kurang dari 0,5 centipoise) dan cold fluid brine, nilai UD = 100 200 Btu/j.ft2.F.

Dipilih UD = 130 Btu/j.ft2.FLuas transfer panas (A) dihitung :

A =

Karena A > 200 ft2 maka digunakan HE jenis shell and tubeShell and tube designCold fluid =shell

Hot fluid =tube

Tube design (Tabel 8, Kern 1965) :Tube outside diameter (OD tube)=1in

BWG=16

Tube inside diameter (ID tube)=0,87in

Flow area per tube (a')=0,594in2

Outer surface area per lin ft (a'') =0,2618ft2

Length of tube=16ft

Jumlah pipa :

N = = pipa

Berdasarkan Tabel 9 Kern, dipilih HE 1-1

Shell and tube layout design (Tabel 9 Kern, 1965)Shell inside diameter (ID shell)=27 in

Baffle use =25% cut segmental baffles

Baffle space (B)=13,5 in

Number of pass (N)=1

Tube layouts=triangular pitch

Pitch=1,25 in

Number of tube pass (n)=1

Number of tube (Nt)=349

Clearance =0,25 in

UD terkoreksi = 129,34 Btu/j.ft2.F

Tube side (larutan yang akan dikristalkan) :

Slurry yang akan didinginkan adalah campuran antarea feed dan magma recycle dengan flow rate : 81944,24 lb/jam Sifat-sifat fisis slurry pada suhu Tav :

(h = 1,53 lb/ft.(h = 66,77 lb/in3Cp = 3,591 Btu/lb.F

kh = 0,559Btu/j.ft.F

at = = 1,44 ft2Gt = = 56920,55 lb/j.ft2

Dari Tabel 10 Kern (1965), diperoleh D = 0,87 in = 0,0725 ft

Ret =

Untuk Ret = 2689,95 dari fig.24 Kern (1965) diperoleh jHt = 15Prt1/3 =

= (15)..(2,14) = 247,94 Btu/j.ft2.F

= (247,94).() Btu/j.ft2.F = 215,71 Btu/j.ft2.F

Shell Side (Pendingin) :

as = = 0,51 ft2

flow rate = 85956,5 lb/jGs = =

Sifat-sifat fisis pendingin pada suhu tav (Perry, 1999) :

(c = 4,5576 lb/ft.j

(c = 74,127lb/in3

Cp = 0,1851 Btu/lb.F

kc = 0,3236 Btu/j.ft.F

Dari fig.28 Kern, OD = 1 in, 1,25 Triangular ( De = 0,72 in

De = 0,72/12 = 0,06 ft

Res = 26823,3Untuk Res = 26823,3 dari fig.28 Kern (1950) diperoleh jHs = 80Prt1/3 = 1,38

= (80)..(1,38) = 1124,87 Btu/j.ft2.F

Koreksi ho dan hio:

Tube wall temperature( Kern, 1965) :

............(34)

= 58 Fviskositas air pada tw = 62,25 lb/ft3

viskositas slurry (t) = 1,53 lb/ft

0,915

= 197,27 Btu/j.ft2.Fviskositas pendingin brine (s) = 4,5576 lb/ft.j

1,065

= 1198,13 Btu/j.ft2.FClean Overall Coefficient, Uc:Uc = = 169,38 Btu/j.ft2.F

Dirt Factor, Rd :Rd = = 0,0018Rd persyaratan untuk sistem ini (light organic brine) adalah 0,001 (Kern,1965).

Karena Rdrequired adalah 0,001 maka HE dari segi transfer panas telah memenuhi syarat.

Pressure Drop Tube Side

Untuk Re = 2689,95, dari fig.26 Kern (1965) diperoleh nilai f = 0,0004Panjang pipa = L = 16 ft

Jumlah passes = n = 1Diameter pipa = D = 0,0725 ftSpecific gravity = S = 1,07( = ((bahan/(water)0,14 = 0,915

= 0,559 psi

0,559 psi Shell Side

Untuk Re = 26823,3 dari fig.29 Kern (1965) diperoleh nilai f = 0,0015No. Of baffle crosses = N + 1 = 12.L/B = 12.16/13,5 = 14,22Diambil 15Ds = IDs/12 = 27/12 = 2,25Specific gravity = S = 1,191( = ((bahan/(water)0,14 = 1,065De = 0,72/12 = 0,06

= 0,3919 psi

Karena pressure drop yang diijinkan untuk kedua arus adalah 10 psi, maka HE dari segi pressure drop telah memenuhi syarat. 60

Hk

Dt

Hs

EMBED Visio.Drawing.11

60

Hk

Dt

OA

Hs

z

T1 =113 F

t1 = 86 F

T2 =41 F

t2 = 23 F

Joannes Armika Putra (03/168690/TK/28733) A. Dimas Chandra P. (03/164461/TK/27964) 1

_1247306911.unknown

_1247592898.unknown

_1247625482.unknown

_1247627037.unknown

_1247627406.unknown

_1247627719.unknown

_1247628158.unknown

_1247628820.unknown

_1247627781.unknown

_1247628047.unknown

_1247627646.unknown

_1247627680.unknown

_1247627467.unknown

_1247627304.unknown

_1247627314.unknown

_1247627182.unknown

_1247626437.unknown

_1247626943.unknown

_1247626978.unknown

_1247626612.unknown

_1247626281.unknown

_1247626379.unknown

_1247625534.unknown

_1247625259.unknown

_1247625284.unknown

_1247625407.unknown

_1247625276.unknown

_1247593437.vsdtis

ts

rin

ro

ris

Tu

_1247596167.unknown

_1247596448.unknown

_1247593038.unknown

_1247593167.unknown

_1247461312.unknown

_1247592076.unknown

_1247592236.unknown

_1247592590.unknown

_1247591122.unknown

_1247591821.unknown

_1247591939.unknown

_1247461594.unknown

_1247499618.unknown

_1247340055.unknown

_1247457352.unknown

_1247457658.unknown

_1247457964.unknown

_1247458601.unknown

_1247459938.unknown

_1247458519.unknown

_1247457918.unknown

_1247457613.unknown

_1247456626.unknown

_1247456717.unknown

_1247456617.unknown

_1247332278.unknown

_1247339872.unknown

_1247340041.unknown

_1247332773.unknown

_1247307268.unknown

_1247307311.unknown

_1247307196.unknown

_1141467265.unknown

_1247218070.unknown

_1247287060.unknown

_1247287195.unknown

_1247287618.unknown

_1247218321.unknown

_1247218347.unknown

_1245513676.unknown

_1247211204.unknown

_1247217525.unknown

_1247211174.unknown

_1245513728.unknown

_1245513207.unknown

_1245513642.unknown

_1245126806.unknown

_1245307708.unknown

_1143461982.unknown

_1245123267.vsdb

icr

sf

OA

a

r

t

ID

OD

A

B

C

_1134848496.unknown

_1135342917.unknown

_1139335776.unknown

_1139335780.unknown

_1139350317.unknown

_1135357878.unknown

_1135358122.unknown

_1135347627.unknown

_1135153519.unknown

_1135341726.unknown

_1134848726.unknown

_1134848041.unknown

_1134848162.unknown

_1134848383.unknown

_1134848089.unknown

_1134847705.unknown

_1134847858.unknown

_1134847565.unknown

_1105445148.unknown

crystallizer mika

Documents