Download - LAMPIRAN B MENARA DISTILASI
25
LAMPIRAN B
MENARA DISTILASI
MENARA DISTILASI 01 (MD-01)
Tugas : Memisahkan akrilonitril dan air
Jenis : Menara Sieve Tray.
Visualisasi:
CD Hasil atas
Feed
RB Hasil bawah
Kondisi Operasi.
Data Tetapan Antoin masing-masing komponen.
Komponen A B C
C3H3N 16,2481 2465,15 -37,15
H2O 18,3036 3816,44 -46,13
Persamaan Antoin
Kesetimbangan fase cair dan gas dapat didekati dengan persamaan
P° = EXP (A- ((B)/(T+C)))
26
Kondisi umpan
Kondisi umpan pada keadaan cair jenuh.
Dengan cara trial and error harga suhu (T) dan tekanan (P), sampai didapat
harga ΣYi = KXi = 1
P = 1.003,2 mmHg T = 341,1042 K
=1,32 atm =67,9542 °C
komponen kg/jam fi (kgmol/jam) xi Pi Ki=Pi/P yi=xi.Ki
C3H3N 2.019,3745 38,1014 0,2460 3.421,4945 3,4106 0,839
H2O 2.101,9275 116,7738 0,7540 213,8735 0,2132 0,161
TOTAL 4.121,3020 154,8752 1,0000 3.635,3680 3,6238 1,000
Kondisi atas
Kondisi atas tercapai pada keadaan titik embun (Dew Point)
Dengan cara trial and error harga suhu (T) dan tekanan (P), sampai didapat
harga ΣXi =Yi/Ki = 1
P = 1.003,2 mmHg T= 317,4177 K
= 1,32 atm = 44,2677 °C
komponen kg/jam di (kgmol/jam) yi Pi Ki=Pi/P xi=yi/Ki
C3H3N 1.999,1807 37,7204 0,9700 1.724,0015 1,7185 0,564
H2O 21,0193 116,7738 0,0300 69,1123 0,0689 0,436
TOTAL 2.020,200 154,8752 1,0000 1.793,1138 1,7874 1,000
27
Kondisi bawah
Kondisi atas tercapai pada keadaan titik didih (Bubble Point)
Dengan cara trial and error harga suhu (T) dan tekanan (P), sampai didapat
harga ΣYi = KXi = 1
P =1.003,2 mmHg T = 341,1042 K
= 1,32 atm = 67,9542 °C
komponen kg/jam bi (kgmol/jam) xi Pi Ki=Pi/P yi=xi.Ki
C3H3N 20,1937 0,3810 0,0033 8.653,7740 8,6262 0,0283
H2O 2.080,9082 115,6060 0,9967 977,9439 0,9748 0,9716
TOTAL 2.101,1020 115,9870 1,0000 9.631,7180 9,6010 1,0000
Komponen Kunci
- Light Komponen (lk) : C3H3N
- Heavy Komponen (hk) : H2O
Menentukan distribusi komponen dengan Metode Shiras.
Komponen i terdistribusi jika: -0,01 ≤ )(,
,
Fx
Dx
Fj
Dj
≤ 1,01
Komponen i tidak terdistribusi jika: -0,01 ≤ )(,
,
Fx
Dx
Fj
Dj
≤ 1,01
LK : Light Komponen : Acrylonitrile
HK : Heavy Komponen : Air
αlk = (αEth,D . αEth,B) 0,5
αhk = (αair,D . αair,B) 0,5
= 14,8572 = 1,0000
28
A. Menentukan Jumlah Plate dan Feed Plate
1. Perhitungan Reflux Minimum (Rmin)
Dari persamaan Underwood 9.165 :
umpan masuk menara pada keadaan bubble point (titik didih) sehingga q=1 (cair jenuh)
(1-q) = Σ((αi.Xif)/(αj-θ))
komponen α atas α bawah α rata-rata
C3H3N 24,9449 8,8489 16,8969
H2O 1,0000 1,0000 1,0000
dengan cara trial dan error didapat nilai θ :
θ hasil
3,43605 0,00
dari metode trial dan error didapat nilai θ = 3,4360
Rmin +1 = Σ((αid*Xid)/(αj-θ))
= 1,1126
Rmin = 0,1126
R = 1,25 Rmin
= 0,1407
2. Jumlah Plate Minimum
(αlk.αhk)avg = (αlk.αhk) 0,5
= 3,8545
= 6,8114
avg α log
)bXlk
Xhk( . )d
Xhk
Xlk ( log
Nmin
29
3. Penentuan jumlah plate
Persamaan yang cukup akurat menjabarkan korelasi Gilliland ini adalah persamaan Molokanov.
(Walas, S.M.,P.397)
Dengan : X = (R - Rm) / (R + 1) = 0,0247
Diperoleh : Y = 0,6486
Maka jumlah plate :
N = (Nm + Y) / (1 - Y) = 21,2323
Efficiency plate, Eo
μcamp = 0,4831 cp
Eo = 51 - 32.5 Log (μcamp.αavg) (Coulson & Richardson, P.442)
= 42,2237 % = 0,4222
Jumlah Plate Aktual (perancangan)
Nactual = N / Eo
= 50,2852 ≈ 50 plate
Jumlah plate tanpa reboiler = 49 plate
0.5
m
X
1X
117.7X11
54.4X1 exp1
1N
NN Y
4. Letak Feed Plate
dimana :
Nr : Jumlah plate umpan dihitung dari atas (top)
Ns : Jumlah plate umpan dihitung dari bawah (bottom)
Nr/Ns = 0,7906
Nr + Ns = Nact - 1
Ns = 27,3644
Jadi feed terletak antara plate 27 dengan 28
2
HkXd,
Lk Xb,
LkXf,
Hk Xf,
D
BLog 0.206
Ns
NrLog
30
B. Menentukan Dimensi Menara
Tray spacing (Ts) : 0.3 - 0.6 m (Coulson & Richardson, P.448)
Diambil tray spacing (Ts) = 0,30 m
1. Menentukan Diameter Menara
dicari berdasarkan kec uap max (pers 11.79 &11.80 coulson
Uv = kecepatan uap masuk yag diijinkan bdasarkan luas tampang total menara, m/s
Vw = kecepatan uap/cairan maksimum, m/s
ls = plate spacing, m
Dc = Diameter kolom, m
Enriching section
densitas cairan ( ρL)
Komponen yi ρ (kg/m3) yi . ρ
C3H3N 0,9700 0,2977 0,2888
H2O 0,0300 419,1196 12,5854
TOTAL 1,0000 419,4173 12,8741
densitas cairan (ρL) = 12,8741 kg/m3
BMcamp = 51,9490 kg/kmol
densitas uap (ρv) Bmcamp . P = 0,0026 kg/lt = 2,6328 kg/m3
R . T
Kecepatan cair (L) = R . D = 5,4734 kmol/jam
Kecepatan uap (v) = L +. D = 6,4734 kmol/jam
Uv = 0,0367 m/s
Vw = 336,2880 kg/jam = 0,0934 kg/s
Dc = 1,1097 m = 3,6407 ft
v . v uρ . π
Vw 4 Dc
0.5
ρv
ρvρL0.047)0.27l(0.171l Uv S
2S
Stripping section
densitas cairan ( ρL)
Komponen xi ρ (kg/m3) xi . ρ
C3H3N 0,0033 0,2831 0,0009
H2O 0,9967 404,3060 402,9779
TOTAL 1,0000 404,5891 402,9788
densitas cairan (ρL) = 402,9788 kg/m3
BMcamp = 18,1150 kg/kmol
densitas uap (ρv) Bmcamp . P = 0,0008 kg/lt = 0,7661 kg/m3
R . T
Kecepatan uap (v) = R . B = 16,3249 kmol/jam
Kecepatan cair (L) = v + B = 132,3120 kmol/jam
Uv = 0,7790 m/s
Vw = 2396,8278 kg/jam = 0,6658 kg/s
Dc = 1,1921 m = 3,9110 ft
31
2. Perancangan plate
seksi enriching seksi striping
→ Diameter coloumn = 1,1097 m 1,1921 m
→ Luas penampang coloumn (Ac) = 0,9667 m2 1,1155 m2
→Luas downcomer (Ad) = 0.12 Ac = 0,1160 m2 0,1339 m2
→Luas net area (An) = Ac - Ad = 0,8507 m2 0,9817 m2
→Luas active area (Aa) = Ac - 2 Ad = 0,7347 m2 0,8478 m2
→Luas hole area (Ah) = 0.1 Aa = 0,0735 m2 0,0848 m2
a. Panjang weir
Panjang weir (tw) merupakan fungsi Ad/Ac yang telah digrafikan (fig 11.31, coulson)
untuk : Ad = 0.12ac, didapat tw/Dc = 0,76
seksi enriching seksi striping
tw = 0,8434 m tw = 0,9060 m
dalam perancangan dipilih
Take weir height (hw) = 50 mm = 0,05 m
Hole diameter (Dh) = 5 mm = 0,005 m
Plate thickness / tebal plate = 5 mm = 0,005 m
b. Check weeping
seksi Enriching
Kecepatan uap (v) = (R + 1) D = 2.304,5390 kg/jam 0,6401 kg/s
Kecepatan cair (L) = R . D = 284,3390 kg/jam 0,0790 kg/s
max Lw = 0,0790 kg/s
turn down rate diambil = 0,8
how = west crost, mm cairan
= 28,1574 mm liquid
min Lw = 22,5260 mm liquid
= 1219,9983 mm liquid
min how + hw = 1269,9983 mm
dari Fig 11.30 diperoleh K2 = 30,4
dari persamanan 11.84 coulson, kecepatan uap min design :
Uh min = 4,6497 m/s
kecepatan fase uap
Qv = (V . BM vapour) / ρv
= 127,7326 m3/jam
= 0,0355 m3/s
3/2
L.tw
Lw 750 howmax
3/2
L.tw
Lw 750 howmin
5.0
2
v
dh4.25.90.0KminUh
32
kecepatan uap minimum
Vh = (0.8 Qv) / Ah
= 0,3864 m/s
Vh > Uhmin sehingga tidak terjadi weeping
seksi Stripping
Kecepatan uap (v) = R . B = 295,7258 kg/jam 0,0821 kg/s
Kecepatan cair (L) = v + B = 2.396,8278 kg/jam 0,6658 kg/s
max Lw = 0,6658 kg/s
turn down rate diambil = 0,7
how = west crost, mm cairan
= 11,1948 mm liquid
min Lw = 7,8364 mm liquid
= 57,9255 mm liquid
min how + hw = 107,9255 mm
dari Fig 11.30 diperoleh K2 = 30,8
dari persamanan 11.84 coulson, kecepatan uap min design :
Uh min = 9,0766 m/s
kecepatan fase uap
Qv = (V . BM vapour) / ρv
= 386,0095 m3/jam
= 0,1072 m3/s
3/2
L.tw
Lw 750 howmax
3/2
L.tw
Lw 750 howmin
5.0
2
v
dh4.25.90.0KminUh
33
c. Plate Pressure Drop
(coulson&Richarson p 468 pers 11.88)
Uh = kec uap melalui hole,m/s
Co = koef dischange sieve plate
Co mrpk fungsi tebal plate, d hole dan perbandingan area hole dan active area (coulson p468)
Seksi Enriching
kecepatan uap max melalui hole
Uh max = Qv/Ah
= 0,4830 m/s
Ah / Ap ≈ Ah / Aa = 0,1
tebal plate / dh = 1
dari fig 11.34, p 467, coulson, diperoleh Co = 0,84
hd = 3,4476 mm liquid
(coulson&Richarson p 468 pers 11.89)
hr = 970,9385 mm liquid
Total plate drop (ht) = hd + (hw + how) + hr
= 1052,5435 mm liquid
L
2v
.Co
Uh 51. (hd) drop plateDry
Lρ
310 . 12,5
(hr) HeadResidu
seksi Stripping
kecepatan uap max melalui hole
Uh max = Qv/Ah
= 1,2647 m/s
Ah / Ap = Ah / Aa = 0,1
tebal plate / dh = 1
dari fig 11.34, p 467, coulson, diperoleh Co = 0,84
hd = 0,2198 mm liquid
(coulson&Richarson p 468 pers 11.89)
hr = 31,0190 mm liquid
Total plate drop (ht) = hd + (hw + how) + hr
= 92,4336 mm liquid
Lρ
310 . 12,5
(hr) HeadResidu
34
d. Total Pressure Drop
dipilih harga ht yang paling besar, yaitu dari seksi enriching
ht = 1052,5435 mm liquid
∆Pt = 9,81.10-3
. ht . ρL
= 132,9313 Pa = 0,0013 atm
3. Menentukan Tebal Dinding Menara
a. Tebal Shell
Diameter menara
• Seksi enriching = 1,1097 m = 43,6889 in
• Seksi stripping = 1,1921 m = 46,9324 in
Tekanan Perancangan = 1,1 P operasi = 21,3444 Psia
Bahan konstruksi = Carbon steel SA 283 grade C
• allowable stress (f) = 12.650 psia (Brownell, P.251)
• factor friksi (c) = 0,125 in
• efisiensi sambungan (E) = 0,8
Tebal shell (ts)
(Brownell, P.254)
ts =
Seksi enriching
ts = 0,1711 in
dipakai tebal shell standar = 1/8 in
OD = ID + 2 t = 43,9497 in = 1,1163 m
Dari tabel 5.7, Brownell - Young, OD yang sesuai adalah 12 in
ID koreksi = OD - 2 t = 11,7392 in = 0,2982 m
Seksi stripping
ts = 0,1746 in
dipakai tebal shell standar = 1/8 in
OD = ID + 2 t = 47,1910 in = 1,1987 m
Dari tabel 5.7, Brownell - Young, OD yang sesuai adalah 12 in
ID koreksi = OD - 2 t = 11,7414 in = 0,2982 m
c P 0.6 - E . f
ri . P
35
b. Tebal Head
Bentuk head = torispherical dished head
(Brownell, pers.13.12)
th =
th = 0,2440 in
dipilih tebal standart (th) = 2/16 in
c. Menentukan Jarak Puncak dengan Straight Flange
Dari tabel 5.6, Brownell, straight flange (sf) antara (1,5-2,5)
dipilih straight flange (sf) = 2 in
Dari tabel 5.7, Brownell - Young, diperoleh :
Seksi enriching Seksi stripping
ri = 66 in 66 in
icr = 4 in 4 in
icr / OD = 0,0606 0,0606
a = ID/2 = 21,8444 in 23,4662 in (Brownell, P.87)
AB = a - icr = 17 5/6 in 19,4662 in
BC = r - icr = 62 in 62 in
AC =(BC2 - AB
2)1/2
= 59,3766 in 58,8648 in
b = r - AC = 6,6234 in 7,1352 in
Hh =th + b + sf = 8,8675 in 9,3792 in
c P 0.1 - E . f
ri . P 0.885
36
4. Menentukan Tinggi Menara
Volume head bottom = 0.000049 ID3
= 5,0654 in3 = 0,000083007072 m3
Q bottom = L / ρL = 0,001652160 m3/s
θ = 21,3793 s
Vol cairan = Q / tr = 0,0353 m3
tinggi cairan = (Vol cairan - Vol head) / Ac
= 0,0316 m
Tray spacing (Ts) = 0,30 m
Tinggi kolom = (Nact - 1) Ts = 14,7 m
Ruang kosong diatas plate pertama = 10% . tinggi kolom
= 1,4700 m
Ruang kosong dibawah plate terakhir = 15% tinggi kolom
= 2,2050 m
Tinggi menara = 18,3750 m
Hh top + Hh bottom = 18,2467 in = 0,4635 m
Tinggi total menara = 18,8385 m
37