7/26/2019 UAS-DPAP

1/19

TUGAS UAS PERANCANGAN DPAP

DESAIN MENARA DISTILASI

Oleh :

Aldira Bayu W (39137)

Wandyta Shifa A (39486)

Nukman Tsaqib (39782)

Program Studi Teknik Fisika

Departemen Teknik Nuklir Teknik Fisika

Fakultas Teknik UGM

2016

7/26/2019 UAS-DPAP

2/19

UJIAN AKHIR SEMESTER II 2015/2016

MATA KULIAH : Dasar-Dasar Perancangan Alat Proses (2 sks)

WAKTU VERIFIKASI : Rabu, 15 Juni 2016

DOSEN : Ir. ESTER WIJAYANTI, MTSIFAT : Peer Group, Take Home

Tugas :

Memisahkan NH3 dan metilamina (Monometilamina-MMA, Dimetilamina-

DMA, Trimetilamina-TMA) dari air (H2O) hasil reaksi dan CH3OH sisa

menggunakan fraksinasi.

Rancang unit fraksinasi semaksimal mungkin (termasuk aspek ekonomi) dansajikan resume hasil perancangan.

Key component dipilih DMA dan CH3OH.DMA : light key component, 99,5 % DMA umpan sebagai hasil atas dan sisanyasebagai hasil bawah.CH3OH : heavy key component , 99,5 % CH3OH umpan sebagai hasil bawahdan sisanya sebagai hasil atas.

Neraca massa sekitar menara :

Komponen

Laju Alir, kgmol/jam

Umpan Hasil AtasHasil

Bawah

NH3 471,676 471,676 -

MMA 51,429 51,429 -

TMA 21,282 21,282 -

DMA (lk) 20,356 20,255 0,101

CH3OH (hk) 123,702 0,618 123,084

H2O 158,401 - 158,401

Total 846,846 565,26 281,586lklight key

hkheavy key

Teori-teori yang dipergunakan dalam perhitungan :

Asumsi yang dipakai :

1. Aliran equimolar

2. Sifat gas dianggap mendekati sifat gas ideal3. Tekanan operasi tetap sepanjang menara, yaitu P = 3800 mmHg

7/26/2019 UAS-DPAP

3/19

Kondisi operasi, ditentukan berdasarkan :

a. Tekanan uap murni untuk masing-masing komponen dapat didekati

dengan persamaan Antoinne :

T [=] K, po[=] mm Hg

b. Hubungan kesetimbangan uap-cair

c. Untuk campuran yang setimbang

Pada bubble pointberlaku :

Pada dew point berlaku :

d. Pengecekan distribusi komponen dengan persamaan Shiras.e. Refluks minimum menggunakan metode Underwood.

f. Jumlahplate minimum menggunakan persamaanFenske

7/26/2019 UAS-DPAP

4/19

Gambar Desain

7/26/2019 UAS-DPAP

5/19

Hasil Perancangan Kolom Distilasi

Dimensi Kolom Distilasi

Variabel Unit Nilai Catatan

(Nmin) 6(Rmin) 0.15

(Nopt) 7

(Ropt) 1,75

Laju Vapour (V) Kmol 1554,19

Laju Liquid Reflux(L0)

Kmol 989,03

Overhead Product(D)

Kmol 565,16

Bottom Product(B) Kmol 281,58

Jumlah plate di

atas umpan,termasukkondensor (Nr)

3

Jumlah plate dibawah umpan,termasuk reboiler(Ns)

4

A m2 7.3

Anet m2 8.3

DC m 3.25

QC KJ/jam 25707791.78QB KJ/jam 37062082.3

Ekonomi

Biaya depresiasi/th $281000

Biaya Pemasangan $140500 + $0,108 + $127,99

Biaya Pemakian/th +

Total $1436193,71

7/26/2019 UAS-DPAP

6/19

Desain Kolom Distilasi

Dengan memanfaatkan persamaan AntoinneUmpan dalam kondisi uap jenuh. Untuk menentukan suhu umpan

Didapatkan suhu umpan masuk 106 C = 379 K = 222,8 F

Tekanan menara P = 3800 mmHg = 5.066 bar = 73,4797 psia

a. Evaluasi kondisi umpan, bagian atas dan bagian bawah menara

Kondisi Umpan

Komponen y(fmol

umpan)

K=Pi/Po xi=y/ki Y=

terkoreksi

Kgmol Pi

NH3 0,556979663 12,7102035 0,043821459 0,043520036 471,676 48298,77329 15,387048

MMA 0,06073005 6,30312534 0,009634911 0,009568638 51,429 23951,87629 7,630601

TMA 0,025130897 3,469201968 0,007244 0,007194172 21,282 13182,96748 4,199836

DMA(lk) 0,024037428 3,198439045 0,007515362 0,007463668 20,356 12154,06837 3,8720495

CH3OH(hk) 0,146073784 0,826032567 0,176837803 0,175621437 123,702 3138,923753

H20 0,187048176 0,245511116 0,761872534 0,756632048 158,401 932,9422419 0,2972172

Total 1 1,006926069 1 846,846

Bagian Atas didapatkan suhu pada dew point 290 K

Pada keadaan dew point, xi = (yi/Ki) = 1. Dengan cara trial T pada tekanan 5

dew point distilat. Dengan

menggunakan program solver-excel maka diperoleh hasil seperti pada tabel

berikut.

Komponen y(fmolumpan)

K=Pi/Po xi=y/ki Y=terkoreksi

Kgmol Pi

NH3 0,834588435 1,504294424 0,554803915 0,546972933 471,676 5716,31881 71,7826

MMA 0,090822068 0,525142719 0,172947401 0,170506272 51,329 1995,54233 25,05900TMA 0,037656593 0,338015273 0,111405004 0,109832538 21,282 1284,45804 16,1295

DMA(lk) 0,035839408 0,291423075 0,122980681 0,121244826 20,255 1107,40768 13,9062

CH3OH(hk) 0,001093496 0,020956244 0,052179945 0,051443432 0,618 79,6337261

H20 0 0,003740104 0 0 0 14,2123971 0,17847

Total 1 1,014316946 1 565,16

Bagian Bawah didapatkan suhu pada bubble point = 390 K

Pada keadaan bubble point, yi = (Ki x xi) = 1. Dengan cara trial T pada

tekanan 5 atm hingga yi = 1 maka akan diperoleh temperatur bubble point

7/26/2019 UAS-DPAP

7/19

bottom. Dengan menggunakan program solver-excel maka diperoleh hasil sebagai

berikut:

Komponen x K=Pi/Po yi=ki*xi Y=

terkoreksi

Kgmol Pi

NH3 0 15,36802302 0 0 0 58398,4875 13,4252813

MMA 0 7,8630862 0 0 0 29879,7276 6,86907769

TMA 0 4,261824914 0 0 0 16194,9347 3,72306823

DMA(lk) 0,000358683 3,9563126 0,001419061 0,001414021 0,101 15033,9879 3,45617712

CH3OH(hk) 0,437109799 1,144707711 0,500362958 0,498585979 123,084 4349,8893 1

H20 0,562531518 0,35428526 0,501782018 0,5 158,401 1346,28399 0,30949844

Total 1 1,003564037 1 281,586

b. Relativ volatilitas ratarata ( )

c. Distribusi Komponen

Evaluasi distribusi komponen cara Shiras

Komponen terdistribusi jika

Komponen tidak terdistribusi jika

d. Mencari Nmin (Pers ,Fenske)

e. Mencari R min (Pers, Underwood)

Komponen Justifikasi

NH3 15,3870489 4,96444684 Tdk Terdistribusi

MMA 7,630601498 2,290672614 Tdk Terdistribusi

TMA 4,199836796 1,108031933 Tdk Terdistribusi

DMA(lk) 3,872049571 0,995038318 Terdistribusi

CH3OH(hk) 1 0,004995877 Terdistribusi

H20 0,297217236 -0,237264831 Tdk Terdistribusi

7/26/2019 UAS-DPAP

8/19

Nilaidapat dicari dengan persamaan

dicari dg trial & error, nilai berkisar hk< < lk 1

7/26/2019 UAS-DPAP

9/19

f. Mencari Ropt dengan Grafik Erbar-Maddox

[Rmin/(Rmin+1)=0.130435], Nmin=6

Diperoleh Ropt = 1,75

Nopt = 7

g. Menghitung Lo, V

= 1,75*565,16= 989,03Kgmol/jam

V = Lo+D = 989,03 + 565,16 = 1554,19 kgmol/jam

h. Mencarilokasi umpan Pers. Kirk Bridge

Nr : jml plate di atas umpan, termasuk kondensor

Ns : jml plate di bawah umpan termasuk reboiler

7/26/2019 UAS-DPAP

10/19

Nr = 3

Dari perhitungan diatas dapat diketahui bahwa umpan masuk pada plate ke 4

i. Menentukan Nactual

Eo : efisiensi kolom, diperoleh dari korelasi OConnell

Dengan menggunakan tabel OConnel didapatkan E0= 0,5

Didapatkan

sehingga selisih dew/buuble point =

Komponen Viskositas fmol

NH3 0,255 0,556979663

MMA 0,2 0,06073005

TMA 0,2 0,025130897DMA(lk) 0,2 0,024037428

CH3OH(hk) 0,59 0,146073784

H20 0,1 0,187048176

7/26/2019 UAS-DPAP

11/19

Menentukan Diameter Menara TOP

a) Menentukan Data Fisis

Komponen xi yi Pch L v M *xNH3 0.834588435 0.834588435 63.8 434.979 0.715 17.031 0.00700386 0.00584534

MMA 0.090822068 0.090822068 102.8 476 3.834 31.0571 0.005966336 0.000541875

TMA 0.037656593 0.037656593 180.8 435.232 6.14 59.11 0.002967232 0.000111736

DMA(lk) 0.035839408 0.035839408 141.8 393.6 7.61 45.08 0.002173069 7.78815E-05

CH3OH(hk) 0.001093496 0.001093496 87.4 620 5.12 32.04 0.007914749 8.65475E-06

H20 0 0 42.6 998.3 1.7 18 0.030947951 0

m 0.006585487

Komponen xi Yi Pch L v L *xi v*yiNH3 0.834588 0.834588 63.8 434.979 0.715

0.596731 363.0284MMA 0.090822 0.090822 102.8 476 3.834 0.348212 43.2313

TMA 0.037657 0.037657 180.8 435.232 6.14 0.231211 16.38935

DMA(lk) 0.035839 0.035839 141.8 393.6 7.61 0.272738 14.10639

CH3OH(hk) 0.001093 0.001093 87.4 620 5.12 0.005599 0.677968

H20 0 0 42.6 998.3 1.7 0 0

1.454491 437.4335

VariabelTerkait

Nilai

Lw=L 20681.71

Vw=V 32499.83

v 1.454491

L 437.4335

k1 0.07

7/26/2019 UAS-DPAP

12/19

b) Rumus Berkaitan

Variabel Rumus

Menghitung Flv (Liquid-vapor Flow Factor)

Menghitung Uf (Flooding Vapor Velocity)

UF= 0,7 UF,max

Menghitung Maximum Volumetric Flowrate Maximum Volumetric Flowrate = VW/ V

Menghitung A (Netto Area Required) A = Maximum Volumetric Flowrate / uF

Menghitung Anet (asumsi downcomer area: 12%) Anet = A/0,88

g.Menghitung Diameter Kolom (top)

c) Hasil

Variabel Hasil

Flv 0.036695Ufmax 1.211924

Uf 0.848347

Mvf 6.206798

A 7.316346

Anet 8.31403

DC 3.2544

7/26/2019 UAS-DPAP

13/19

Menentukan Diameter Menara BOTTOMa) MenentukanData Fisis

VariabelTerkait Nilai

Lw=F+L 39302.32

Vw=Lw-

B

32503

v 9.33954

L 833.3422

k1 0.845365

L 20681.71

F 18620.61

B 6799.382

Komponen xi yi Pch L v M *xNH3 0 0 63.8 600 0.21 17.031 0 0

MMA 0 0 102.8 488.432 11.47 31.0571 0 0

TMA 0 0 180.8 446.37 18.235 59.11 0 0

DMA(lk) 0.000359 0.001419 141.8 401.8 22.94 45.08 2.02E-23 7.23E-07

CH3OH(hk) 0.43711 0.500363 87.4 690 7.14 32.04 1.29E-11 5.26E-03

H20 0.562532 0.501782 42.6 945 11.04 18 4.59E-10 0.013428

m 0.018691

Komponen xi Yi Pch L v L *xi v*yiNH3 0 0 63.8 600 0.21 0 0

MMA 0 0 102.8 488.432 11.47 0 0TMA 0 0 180.8 446.37 18.235 0 0

DMA(lk) 0.000359 0.001419 141.8 401.8 22.94 0.144119 0.008228

CH3OH(hk) 0.43711 0.500363 87.4 690 7.14 301.6058 3.120964

H20 0.562532 0.501782 42.6 945 11.04 531.5923 6.210348

833.3422 9.33954

7/26/2019 UAS-DPAP

14/19

b) Rumus Berkaitan

Variabel Rumus

Menghitung Flv (Liquid-vapor Flow Factor)

Menghitung Uf (Flooding Vapor Velocity)

UF= 0,7 UF,max

Menghitung Maximum Volumetric Flowrate Maximum Volumetric Flowrate = VW/ V

Menghitung A (Netto Area Required) A = Maximum Volumetric Flowrate / uF

Menghitung Anet (asumsi downcomer area: 12%) Anet = A/0,88

g.Menghitung Diameter Kolom (top)

c) Hasil

Variabel Hasil

Flv 0.128011Ufmax 7.940459

Uf 5.558321

Mvf 0.966706

A 0.173921

Anet 0.197637

DC 0.501764

7/26/2019 UAS-DPAP

15/19

Perhitungan QC dan QB

Menentukan Data Fisis

Asumsi Cp dan Latent Heat () Konstant

Cp Latent Heat

Komponen kj/mol.k kj/mol.k

NH3 0.0369 0.0369

MMA CH3NH2 0.05146 0.05146

TMA N(CH3)3 0.07068 0.07068

DMA(lk) C2H7N 0.0916 0.0916

CH3OH(hk) 0.05229 0.05229

H20 0.075 0.075

Rumus berkaitan

Qc= V (HvHl)

Hv=x*Cp T+

Hl= x*Cp T

Qc=(R+1)D(yd*)

QB=DHD + BhB + QCFHF

DHD=D*Mr*(yd*)

BHB=B*Mr*(Xb*)

FHF=F*Cp*T *1000

Qc=(R+1)D*Mr(yd*) Qc=(R+1)*DHD

7/26/2019 UAS-DPAP

16/19

Hasil

Cp Latent Heat Kmol/jam

Komponen kj/mol.k kj/mol.k D B F M yd xb

NH3 0.0369 0.0369 471.676 0 471.676 17.031 0.834588435 0

MMA CH3NH2 0.05146 0.05146 51.329 0 51.429 31.0571 0.090822068 0

TMA N(CH3)3 0.07068 0.07068 21.282 0 21.282 59.11 0.037656593 0

DMA(lk) C2H7N 0.0916 0.0916 20.255 0.101 20.356 45.08 0.035839408 0.000359

CH3OH(hk) 0.05229 0.05229 0.618 123.084 123.702 32.04 0.001093496 0.43711

H20 0.075 0.075 0 158.401 158.401 18 0 0.562532

Kj/jam

DHD BHB FHF Qc QB9192996.501 0 1462006.93

25707791.78 37062082.3

120386.3769 0 222309.0526

15632.49723 0 126353.7878

19248.72669 0.960596 156627.2064

23.81720125 1896170 543343.7167

0 3618398 997926.3

9348287.919 5514570 3508566.993

7/26/2019 UAS-DPAP

17/19

7/26/2019 UAS-DPAP

18/19

EKONOMI

Depresiasi

- Menara Distilasi

D = 125,9, dengan tipe sieve tray . dari grafik didapatkan harga $30000/plate.

Harga kolom distilasi untuk jumlah plate (N) = 7 adalah

Harga menara = 7 x $30000 = $210000

- Kondenser

A = 5425 ft2pada tekanan 5 atm

Estimasi harga kondensor = $30000

- Reboiler

A = 2538,77 ft2pada P = 500 psi

Estimasi harga reboiler = $41000

Total biaya depresiasi = $210000 + $30000 + $41000 = $281000

Biaya Pemasangan

Biaya pemasangan diperkirakan 50 % dari total harga peralatan (Timmerhaus 2004).

Biaya pemasangan = 0,5 x $281000 = $140500

Biaya Operasi

- Air pendingin

Volume air pendingin : 412,34 m3/jam= 1815,34 gal/jam

Cost air pendingin : $0,06/1000 gal = $0,108

- Steam

Massa steam : 17863,56 kg/jam = 39382,4 lb/jam

Cost steam : $3,25/1000 lb = $127,99

Biaya Pemakaian

- Air pendingin =

- Steam =

7/26/2019 UAS-DPAP

19/19

Biaya Total

Biaya total per tahun untuk sebuah menara distilasi adalah sebagai berikut :

Biaya total = Biaya depresiasi/th + Biaya Pemasangan + Biaya Pemakaian/th

= $281000 + $140500 + $0,108 + $127,99 + +

= $1436193,71