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)


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)


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


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


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

LAMPIRAN B MENARA DISTILASI

Documents