Lampiran Iii Spesifikasi Alat 5b3j6l

LAMPIRAN III SPESIFIKASI PERALATAN 1. ACCUMULATOR-01 (ACC-01) Fungsi

: Tempat menampung kondensat yang berasal dari kondensor-01

Tipe: Silinder horizontal dengan penutup ellipsoidal Gambar

: input

ACC - 01

output

Kondisi Operasi: Tekanan

= 1atm

Temperatur

= 84,68 oC

Laju alir

= 30.381,137kg/jam

Densitas

= 781,2kg/m3

Residence Time

= 5 menit

Tekanan Desain

= 3 atm

= 0,083 jam

Perhitungan Desain Accumulator-01 a.

Kapasitas Accumulator, Vt Volume liquid

= Laju alir/Densitas x holding time = (30.381,137 kg/jam)/( 781,2kg/m3) x 0,083 jam = 38,8903m3/jam

Faktor keamanan

= 10%

Kapasitas acc.

= 1,1 x 38,8903m3 = 42,7794 m3

Volume Accumulator = Kapasitas acc x Residence Time = 42,7794 (m3/jam) x 0,083 jam = 0,7130 m3 b.

Desain Ukuran Accumulator 223

224



Volume Silinder, Vs

Vs

=

= 

=

( .D 3 ) 24

Volume Total Accumulator, VT VT



3  . D3 4

Volume Ellipsoidal, Ve

Ve 

  D 2 .Lsilinder 4

= Vs + 2.Ve

Diameter Accumulator, D 3

D

VT acc 3,402

= 3

0,7130 2,6167

= = 0,06483 m Sehingga,

c.

Vs

= 0,642 m3

Ve

= 0,027m3

VT

= 0,695 m3

Panjang Accumulator L= 3 . D



= 3 . 0,6483 m = 1,9449m Panjang Ellipsoidal, L



h

=

1 D 4

Dimana: Lsilinder = 3.D

225

=

1  0,6483 m 4

= 0,1621 m Panjang Total Accumulator, LT



LT = L + 2h = (1,9449+ (2. 0,1621)) m = 2,2691 m d. 

Tebal Dinding Accumulator Ketebalan Dinding Bagian Silinder, tsilinder

t =

P . ri  Cc .S .Ej  0,6.P

Dimana: t

= ketebalan dinding bagian head, m

P = tekanan design

= 1 atm

= 14,696 psi

r

= 0,324 m

= 12,762 in

= jari – jari

S = working stress yang diizinkan = 932,226 atm= 13700 psi C = faktor korosi yang diizinkan

= 0,0030226 m = 0,119 in

Ej = faktor efisiensi pengelasan

= 0,85

Maka didapatkan:

t =

(14,696 psi )(12,762 in )  0,119 in ( 13700 psi  0,85)  (0,6  14,696 psi )

= 0,135in = 0,003423 m 

Ketebalan Dinding Bagian Head, tHead

t =

P . Da  Cc 2 S .Ej  0,2.P

Dimana: Da = 0,6483m = 25,524 in

226

Maka didapatkan:

t =

(14,696 psi )( 25,524 in )  0,119in 2.(13.700 psi  0,85)  (0,2 14,696 psi )

= 0,135 in = 0,0034231 m Sehingga, OD = ID + 2.tsilinder = (0,6483 + (2. 0,0034231)) m = 0,655m

IDENTIFIKASI Nama Alat Kode Alat Jumlah

Accumulator ACC-01 1 Unit Tempat menampung kondensat yang berasal

Fungsi

dari kondensor-01 (CD-01) DATA DESIGN Silinder Horizontal dengan penutup ellipsoidal

Tipe Kapasitas Tekanan Temperatur Diameter Panjang Tebal Dinding Waktu Tinggal Bahan Konstruksi

penutup elipsoidal 0,71 m3 1 atm o 84,68 C 0,65 m 2,27 m 0,0034 m 5 menit Carbon steel

2. ACCUMULATOR-02 (ACC-02) Fungsi

: Tempat menampung kondensat yang berasal dari kondensor-02

Tipe: Silinder horizontal dengan penutup ellipsoidal Gambar

:

227

Kondisi Operasi: Tekanan

= 1atm

Temperatur

= 66,06oC

Laju alir

= 30.548,439kg/jam

Densitas

= 781,2kg/m3

Residence Time = 5 menit = 0,083 jam Tekanan Desain = 3 atm Perhitungan Desain Accumulator-02 a. Kapasitas Accumulator, Vt Volume liquid

= Laju alir/Densitas x holding time = (30.548,439 kg/jam)/( 781,2kg/m3) x 0,083 jam = 39,104m3/jam

Faktor keamanan

= 10%

Kapasitas acc.

= 1,1 x 39,104m3 = 43,015 m3

Volume Accumulator = Kapasitas acc x Residence Time = 43,015 (m3/jam) x 0,083 jam = 0,716 m3 b. Desain Ukuran Accumulator 

Volume Silinder, Vs

Vs

=

=

  D 2 .Lsilinder 4

3  . D3 4

Dimana: Lsilinder = 3.D

228



Volume Ellipsoidal, Ve

Ve 

=

Volume Total Accumulator, VT VT



( .D 3 ) 24

= Vs + 2.Ve

Diameter Accumulator, D 3

D

VT acc 3,402

= 3

0,716 2,6167

= = 0,649 m Sehingga, Vs

= 0,645 m3

Ve

= 0,027 m3

VT

= 0,699 m3

c. Panjang Accumulator L= 3 . D



= 3 . 0,6495 m = 1,9485m Panjang Ellipsoidal, L



h

=

=

1 D 4 1  0,6495 m 4

= 0,1624 m 

Panjang Total Accumulator, LT

LT = L + 2h = (1,9485+ (2. 0,1624)) m = 2,2732 m

229

d. Tebal Dinding Accumulator 

Ketebalan Dinding Bagian Silinder, tsilinder

t =

P . ri  Cc .S .Ej  0,6.P

Dimana: t

= ketebalan dinding bagian head, m

P = tekanan design

= 1 atm

= 14,696 psi

r

= 0,324 m

= 12,785 in

= jari – jari

S = working stress yang diizinkan = 932,226 atm= 13700 psi C = faktor korosi yang diizinkan

= 0,0030226 m = 0,119 in

Ej = faktor efisiensi pengelasan

= 0,85

Maka didapatkan:

t =

(14,696 psi )(12,762 in )  0,119 in ( 13700 psi  0,85)  (0,6  14,696 psi )

= 0,135in = 0,003423 m 

Ketebalan Dinding Bagian Head, tHead

t =

P . Da  Cc 2 S .Ej  0,2.P

Dimana: Da = 0,6483m = 25,524 in Maka didapatkan:

t =

(14,696 psi )( 25,524 in )  0,119in 2.(13700 psi  0,85)  (0,2  14,696 psi )

= 0,135 in = 0,0034231 m Sehingga, OD = ID + 2.tsilinder = (0,6483 + (2. 0,0034231)) m = 0,656m

230

IDENTIFIKASI Nama Alat Kode Alat Jumlah

Accumulator ACC-02 1 Unit Tempat menampung kondensat yang berasal

Fungsi

dari kondensor-02 (CD-02) DATA DESIGN Silinder Horizontal dengan penutup ellipsoidal

Tipe Kapasitas Tekanan Temperatur Diameter Panjang Tebal Dinding Waktu Tinggal Bahan Konstruksi

penutup ellipsoidal 0,71 m3 1 atm o 66,06 C 0,649 m 2,27 m 0,0034 m 5 menit Carbon steel

3. CHILLER-01 (CH-01) Fungsi

: Mengkondensasikan sebagian produk top Flash Vaporizer

Tipe

: Shell and tube Heat Exchanger

Bahan

: Carbon Steel

231

Gambar

:

Aliran inlet Tube

Head

Panas

Shell

Rear End Aliran outlet

Water in

: Produk top R-01 W

= 54.541,65 kg/jam = 120.243,63 lb/jam

T1

= 179,60 oC

= 355,29 oF

T2

= 50,00 oC

= 122,00 oF

Fluida Dingin : Ammonia w

= 11.078,80 kg/jam = 24.424,56 lb/jam

t1

= -33,65 oC

= -28,57 oF

t2

= 50,00 oC

= 122,00 oF

Perhitungan: 1. Beban Panas CH-01

232

Q = 15.109.555,14 kJ/jam = 14.321.304,76 Btu/hr 2. LMTD Fluida Panas

Komponen

Fluida Dingin (oF)

Selisih

Suhu tinggi Suhu rendah Selisih

122 -28,6 151

233,3 150,57 82,72

o

( F) 355,29 122,00 233,29

LMTD (ΔT)

=

T2 - T1 ln( T2 /T1 )

(Pers. 5.14)

= 188,92 oF 3. Tc dan tc



Tc

= ½ (232,52 + 232,52) = 238,64oF

tc

= ½ (140 + 86) = 46,72 oF

Asumsi,UD = 50 Btu / jam ft2oF

(Table

8,

Kern)

A =

Q (U D .T )

= 1.547,06 ft2

Karena A > 200 ft2, maka dipilih HE dengan jenis Shell and Tube Heat Exchanger. 

Rencana Klasifikasi Tube side (cold fluid) Panjang tube (L)

=20 ft

Outside Diameter (OD)

=1inch

BWG

=15

=4. 1,25 triangular pitch

a”

= 0,2618 ft2/lin ft

A L x a" Jumlah tube, Nt

=

(Tabel 10.Kern)

233

1547,06 20  0.,2618

=

= 295,47 dari tabel 9 Kern, didapat nilai yang mendekati Nt perhitungan 295 Nt

=295

A

=Nt x L x a''

- Koreksi UD =1.547,06ft2 UD

=

UD

=49

Q A.Δt

(Nilai UD sudah mendekati UD asumsi)

karena nilai Ud perhitungan mendekati dengan nilai Ud asumsi, maka data untuk shell : -

Shell side ID

=29inch

(Tabel 9. Kern)

Baffle Space (B = ID/2)

=14,5inch

=1

Pt

=1,25 in triangular pitch

Fluida Panas : Tube Side, aliran top Flash Vaporizer 4. Flow area dalam tube (a’t) = 0,576 inch2(Tabel.10, Kern) 5. Total flow area (at)

= Nt x a’t / 144 x n

Kern)

295 x 0,576 144 x 2 =

6. Laju alir,

Gt =

W at

= 1,1819 ft3

(Pers.7.48,

234

=

24.425 1,1819

= 20.666,10 lb/ hr. ft2

7. Bilangan Reynold, Ret Pada

Tc

= 46,71 oF

μ

= 0,002 lb/ft jam

D

= 0,856/12 = 0,07 ft(Tabel.10, Kern)

Ret

De .G a 

=

=

(Yaws’, 2012)

0.07 x 20.666,10 0.002

= 304.583,02

8. Dengan L/D = 280,37, diperoleh jH

= 800

(Fig.24, Kern) = 46,71 oF

9. Nilai hi, pada Tc

 c.     k 

= 1,5 Btu/lb. oF

k

= 0.0110 Btu/ft. oF. jam

1

3

=

 0,0048 x 0,02    0,0110  

(Yaws’, 2012) 1

3

= 0,66

hi =

 k   .   jH      D  k 

1/ 3

      w 

0 ,14

Koreksi viskositas diabaikan karena tidak significant, maka didapat : hi

hio

= 107,423 Btu / hr. ft2oF

= hi

 ID     OD 

(Pers.6.5, Kern)

235

= 107,423

 0,87     1 

= 91,95 Btu / hr. ft2oF Fluida Dingin : Shell Side, aliran ammonia .

Flow area pada shell (as)

 ID x C" x B  (144 Pt ) as

=

(Pers.7.1, Kern) = 0,584 ft2

5. Laju alir massa dalam shell, Gs

Gs

W as

=

(Pers.7.2, Kern)

120.243,6 0,584

=

= 205.886,83 lb/hr.ft2

6. Bilangan Reynold, Res= D x Gs / µ Pada

Tc

= 238,64oF

μ

= 0,0116 = 0,0280 lb/ft . jam

= 0,3499 Btu/lb.⁰F

k

= 0,0053 Btu/hr.ft⁰F

 c.     k 

1

3

=

 0,3499 x 0,0280    0,0053  

1

3

= 1,2247 De

Res=

=

0,720 inch = 0,060 ft

=

GS D 

=

205.886,83  0,06 0,028

(Fig.28, Kern)

= 441.195,52

236

jH

= 420

(Fig.28, Kern)

7. Koefisien Perpindahan Panas, ho Koreksi viskositas diabaikan karena tidak significant, maka diperoleh : = jH . (k/D). (cμ/k)1/3

ho

(Pers. 6.28, Kern)

= 45,69 Btu / jam ft2oF 8. Clean Overall Coefficient, Uc

Uc

=

hio x ho hio  ho

(Pers. 6.38, Kern)

= 30,52 Btu / jam ft2oF

9. Dirt Factor, Rd

Rd =

Uc U D U c .U D

713.23 - 125 713.23 x125 =

(Pers 6.13, Kern)

= 0,0012 PRESSURE DROP Tube Side 1.

Untuk NRe Faktor friksi s

2. ΔPt =

= 304.583,02

= 0,0002

(Fig 26, Kern)

= 1,2435

f Gt 2 L n 5,22 x 1010 x De s t

= 0,001 psi 3. V2 / 2g ΔPr

= 0,0054 = ( 4n / s ) ( V2 / 2g ) = 0,069 psi

ΔPT

= ΔPt + ΔPr

(Fig 27, Kern)

237

= 0,07 psi Shell Side 1. Faktor Friksi Re

= 441.195,52

f

= 0,00091

(Fig.29, Kern)

2. Number of cross, (N + 1) N+1

= 12 L / B

(Pers.7.43, Kern)

= 198,62 Ds

= ID / 12 = 37 / 12 = 2,4167 ft

s

ΔPs

= 3,985

=

fGs 2 Ds ( N  1) 5,22  1010 Des s

(Pers. 12.47,Kern)

= 1,4835 psi IDENTIFIKASI Chiller

Nama Alat Kode Alat

CH – 01

Jumlah

1

Operasi

Kontinyu

Fungsi

Menurunkan

Tipe

temperature

keluaran

reaktor– 01 (R-01) DATA DESIGN Shell and Tube Heat Exchanger SHELL ID 29 in

Jumlah

TUBE Buah

Panjang

20 ft

Baffle Space

14,5 in

ID

0,5325 in

Clearance

0,31 in

OD

1 in

Ps

1,4835 psi

BWG

15

Pitch

1 in triangular pitch

dari

238

4

0,007 psi PT Dirt Factor, Rd Bahan konstruksi

0,0012 Carbon Steel

4. CONDENSER – 01 (CD – 01) Fungsi

:

Mengkondensasikan produk top kolom distilasi - 01

Tipe

:

Shell and Tube Heat Exchanger

Gambar

: water in t1

Feedin T1

Feedout

water out t2

T2 Fluida Panas

:

Produk Top KD – 01

w = 30.555,556 kg/jam

=

67.363,39 lb/jam

T1 = 65oC

=

149oF

T2 = 65 oC

=

149oF

Fluida Dingin : Air pendingin W = 12.323.366,1313 kg/jam =

2.716.899,02 lb/jam

t1 = 28oC

=

82,40oF

t2 = 55oC

=

131oF

239

Perhitungan Desain : Panas yang ditransfer pada CD-01 Q

=

103.173.692,5120 kJ/jam

=

97.791.224,15 Btu/jam

1) Menghitung T (LMTD) Fluida Panas (oF) 149 149 0

Temperatur Tinggi Rendah Selisih

Fluida Dingin (oF) 131 82,4 49

Selisih 18,0 66.60 -48,6

T = 36,7750oF 2) Tc dan tc  Tc = Tavg

tc = tavg

(392  302) o F 2

(131  82,40) o F  2

= 149oF

= 106,70oF

Asumsi UD = 250 Btu/jam ft2.oF

..(Kern, tabel 8)

Sehingga diperoleh :

 A

Q U D . T 97.791.224,15 Btu/jam ( 250 Btu/jam.ft 2 .o F) (36,7750 o F)

= = 10.636,6935 ft2

A

3) Karena A > 200 ft2, maka digunakan Shell and Tube Exchanger dengan spesifikasi :  Panjang tube 20 ft; 1,25 in OD,16 BWG  a’’

= 0,3271 ft2/ft

... (Kern, tabel 10)

240

4) Jumlah Tube 

Nt

=

A L.a ''

10.636,6935 ft 2 20 ft  0,3271 ft 2 /ft

= 1625,91 Ambil Nt pada tabel 9 Kern yang mendekati, sesuai dengan ukuran tube yang telah dipilih, Nt = 1626 5) Koreksi UD A = Nt . L . a’’ = 1.626 x 16 ft x 0,3271 ft2/ft = 10.636,6935 ft2

UD =

=

Q A  T

97.791.224,15 Btu/jam 10.636,6935 ft 2  37,1465 o F

= 247,50 Btu/jam ft2.oF Karena UD mendekati asumsi, maka dari tabel 9 Kern diperoleh data sebagai berikut : Nt

= 1.626

PT

= 1 in triangular pitch

C’’

= (PT – OD tube) = (1 in – 0,75 in)

C’’

= 0,25 in

ID Shell

= 21,25 in

Tube es = 1 Tube OD

= 0,75 in

Baffle Space = 10,6 in

241

TUBE SIDE : Fluida Panas, produk KD - 01 6) Flow area, at a’t = 0,985 in2

at =

=


N t .a' t 144 in 2 / ft 2 .n 1.626  0,985 in 2 144 in 2 / ft 2  4

= 2,7804 ft2 7) Laju alir massa, Gt

Gt =

=

w at 2.716.899 lb/jam 2,7804 ft 2

= 977.155,42 lb/jam ft2 9) Reynold Number (Ret) 

= 0,5159

= 1,2480 lb/jam ft

D

= 1,120 in

= 0,0933 ft ... (Kern, tabel 10)

Ret

=

=

Gt.D  977.155,42 lb/jam ft 2  0,0933 ft 1,2480 lb/jam ft

Ret

= 73.049,8833

jH

= 190

10) Pada tavg =

106,7oF

= 0,9567 Btu/lb.oF

k

= 0,1032 Btu/jam.ft.oF

... (Kern, gambar 24)

242

Prandtl Number (Pr) =

=

 .     k   0,9567 Btu/lb. o F  1,2480 lb/jam ft    0,1032 Btu/jam.ft .o F  

= 11,5738 11) hio

hi

=

 .  jH    k 

1

3

 k    D

11,5738

hio

1

    w

3

0 ,14

  

 0,1032 Btu/jam.ft .o F     0,0933 ft  

=

190 x

=

474,826Btu/jam.ft2.oF

=

hi x (ID/OD)

=

474,826Btu/jam.ft2.oF x (0,0933 ft /0,1042 ft)

=

425,444 Btu/jam.ft2.oF

SHELL SIDE : Fluida Dingin, air pendingin Tavg

= 149oF

Baffle spacing

= 10,63 in

Clearance

= 0,31 in

12) Luas area laluan (As)

As

=

=

ID  C ' B 144  Pt

21,25 in  0,31 in  10,63in 144 in 2 / ft 2  1,5625 in

= 0,314 ft2

x1

243

13) Laju alir (Gs)

Gs

=

=

W As 67.636,4 lb/jam 0,3136 ft 2

= 214.816,95 lb/jam ft2 14) Reynold Number (Res)  Viskositas ( )

= 0,0066

Diameter Ekivalen = 0,5325 in

= 0,0161 lb/ft jam = 0,0444 ft




Gs . De 



214.816,95 lb/jam ft 2  0,076 ft 0,0066 lb/ft jam

Res

= 1.014.853,453 15) JH = 700

... (Kern, gambar

28) 16) Pada Tavg

= 149oF

= 0,3674 Btu/lb oF

k

= 11,720 Btu/jam.ft oF


=


= 0,8002

244

17) ho =

 .  jH    k 

1

3

 k    D

    w

0 ,14

  

= 2.713,804 Btu/jam.ft2.oF 18) Clean overall coefisien condensation, Uc

Uc

hio x ho hio  ho

=

( 425,444 x 2.713,804 ) Btu/jam.ft 2 .o F (425,444  2.713,804 ) Btu/jam.ft 2 .o F

=

367,786 Btu/jam.ft2. oF

=

19) Dirt factor, Rd

Rd

= =

UC - UD UC  UD 0,0013 jam ft2 oF/Btu

PRESSURE DROP TUBE SIDE : Fluida Panas 20) Pt

Pt

Ret =

73.049,883

Gt =

977.155,42lb/jam ft2

f

= 0,00017

s

= 8,94

=

= =

… (Kern, gambar 26)

f . G 2t . L . n 5,22 .1010 . D. s.  t 0,00017  (977.155,42lb/jam ft 2 ) 2  20ft  1 5,22.1010  0,0933 ft  8,94  1 0,0745 psi

245

21) Pr

v2 2.g

= 0,0054

s

=

Pr

=

=

8,94

4 . n v2 x s 2g 4 1 x 0,0054 8,94

= 0,0097 psi 22) PT PT

= Pt + Pr = (0,0054+ 0,0097) psi

=

0,0842 psi

SHELL SIDE : Fluida Dingin 23) Res

= 1.014.853,453

f

= 0,0009

24) Jumlah Lintasan 

Nt + 1

12 . L B

= 271,06

Ds

= ID Shell = 1,7708 ft


246

25) Ps Gs

= 214.816,95 lb/jam ft2

s

= 12

f . G s2 . De . (N t  1) 5,22 1010 . De . s.  t

Ps =

=

0,0009  (214.816,95 lb/jam ft 2 ) 2  1,7708 ft  271,06 5.22 .1010  1,7708 ft  12

= 0,4197 psi IDENTIFIKASI Condenser

Nama Alat Kode Alat

CD – 01

Jumlah

1

Operasi

Kontinyu

Fungsi

Mengkondensasikan produk Top KD - 01 DATA DESIGN Shell and Tube Heat Exchanger SHELL ID 21,25 in

Tipe Jumlah

TUBE 1626 buah

Panjang

20 ft

Baffle Space

10,63 in

ID

0,5325 in

Clearance

0,31 in

OD

1,25 in

Ps

0,4197 psi

BWG

16

Pitch


4


0,0013 Carbon Steel

5. CONDENSER – 02 (CD – 02) Fungsi

:

Mengkondensasikan produk top kolom distilasi - 02

Tipe

:

Shell and Tube Heat Exchanger

Gambar

:

247

Feedin

water in t1

T1

water out t2

Feedout

T2 Fluida Panas

:

Produk Top KD – 01

w = 30.548,4391 kg/jam

=

67.347,70 lb/jam

T1 = 66,0624oC

=

150,91oF

T2 = 66,0624oC

=

150,91oF

Fluida Dingin : Air pendingin W = 3.442,0739 kg/jam

=

7.588,46 lb/jam

t1 = 28oC

=

82,40oF

t2 = 55oC

=

131oF

Perhitungan Desain : 1)

Panas yang ditransfer pada CD-02 Q

2)

=

4.663.407,74 kJ/jam

=

4.420.122,43 Btu/jam

Menghitung T (LMTD) Fluida Panas (oF) 150,91 150,91 0,0000 T = 39,3307oF

3)

Tc dan tc

Temperatur Tinggi Rendah Selisih

Fluida Dingin (oF) 131 82,4 49

Selisih 18,0 68,51 -48,6

248

 Tc = Tavg

tc = tavg

(392  302) o F 2

(131  82,40) o F  2

= 150,91oF

= 106,70oF

Asumsi UD = 250 Btu/jam ft2.oF

... (Kern, tabel 8)

Sehingga diperoleh :

 A

=

Q U D . T 4.420.122,43 Btu/jam (250 Btu/jam.ft 2 .o F) (38,9374 o F)

= 454,0748 ft2

A

Karena A > 200 ft2, maka digunakan Shell and Tube Exchanger dengan

4)

spesifikasi :  Panjang tube 20 ft; 1,25 in OD,16 BWG  a’’ 5)

= 0,3271 ft2/ft


Jumlah Tube 

Nt

=

A L.a ''

454,0748 ft 2 20 ft  0,3271 ft 2 /ft

= 69,41 Ambil Nt pada tabel 9 Kern yang mendekati, sesuai dengan ukuran tube yang telah dipilih, Nt = 69 6)

Koreksi UD A = Nt . L . a’’

249

= 69 x 16 ft x 0,3271 ft2/ft = 454,0748 ft2

UD =

=

Q A  T

4.420.122,43 Btu/jam 454,0748 ft 2  39,3307 o F

= 247,50 Btu/jam ft2.oF Karena UD mendekati asumsi, maka dari tabel 9 Kern diperoleh data sebagai berikut: Nt

= 69

PT

= 1 in triangular pitch

C’’

= (PT – OD tube) = (1 in – 0,75 in)

C’’

= 0,25 in

ID Shell

= 21,25 in

Tube es = 1 Tube OD

= 0,75 in

Baffle Space = 10,6 in TUBE SIDE : Fluida Panas, produk KD - 01 7)

Flow area, at a’t = 0,985 in2

at =

=

N t .a' t 144 in 2 / ft 2 .n 69  0,985 in 2 144 in 2 / ft 2  4

= 0,1187 ft2 8)

Laju alir massa, Gt

Gt =

w at


250

=

7.588 lb/jam 0,1187 ft 2

= 63.932,75 lb/jam ft2 9) Reynold Number (Ret) 

= 0,5159

= 1,2480 lb/jam ft

D

= 1,120 in

= 0,0933 ft

Ret

=

=

Gt.D 

63.932,75 lb/jam ft 2  0,0933 ft 1,2480 lb/jam ft

Ret

= 4.779,4646

jH

= 50

10) Pada tavg =



106,7oF

= 0,9567 Btu/lb.oF

k

= 0,1032 Btu/jam.ft.oF


=


= 11,5738 11) hio

hi

=

 .  jH    k 

1

3

 k    D

11,5738

1

3

    w

0 ,14

  

 0,1032 Btu/jam.ft .o F   0,0933 ft  

 

=

50 x

=

124,954Btu/jam.ft2.oF

x1

251

hio

=

hi x (ID/OD)

=

124,954Btu/jam.ft2.oF x (0,0933 ft /0,1042 ft)

=

111,959 Btu/jam.ft2.oF

SHELL SIDE : Fluida Dingin, air pendingin Tavg

= 151oF

Baffle spacing

= 10,63 in

Clearance

= 0,31 in

13) Luas area laluan (As)

As

=

=

ID  C ' B 144  Pt

21,25 in  0,31 in  10,63in 144 in 2 / ft 2  1,5625 in

= 0,3136 ft2 14) Laju alir (Gs)

Gs

=

=

W As 67.347,4 lb/jam 0,3136 ft 2

= 214.766,92 lb/jam ft2 15) Reynold Number (Res)  Viskositas ( )

= 0,0066

Diameter Ekivalen = 0,5325 in

 Res

Gs . De 

= 0,0161 lb/ft jam = 0,0444 ft


252




= 1.014.617,091 16) JH = 800

... (Kern, gambar

28) 17) Pada Tavg

= 151oF

= 0,3674 Btu/lb oF

k

= 11,7200 Btu/jam.ft oF


=

 .     k   0,3674 Btu/lb. o F  0,0066 lb/jam ft    o 11,72 Btu/jam.ft . F  

= 0,8002

18) ho =

 .  jH    k 

1

3

 k    D

    w

0 ,14

  

= 3.101,4908 Btu/jam.ft2.oF 19) Clean overall coefisien condensation, Uc

Uc

=

= =

hio x ho hio  ho

( 111,959 x 3.101,4908) Btu/jam.ft 2 .o F (111,959  3.101,4908 ) Btu/jam.ft 2 .o F 108,0582 Btu/jam.ft2. oF

20) Dirt factor, Rd

253

Rd

UC - UD UC  UD

=

0,0052 jam ft2 oF/Btu

=

PRESSURE DROP TUBE SIDE : Fluida Panas 21) Pt Ret =

4.779,4646

Gt =

69.932,75lb/jam ft2

f

= 0,00017

s

= 8,94

Pt

=

= =


f . G 2t . L . n 5,22 .1010 . D. s.  t 0,00017  (69.932,75 lb/jam ft 2 ) 2  20ft  1 5,22.1010  0,0933 ft  8,94  1 0,0003 psi

22) Pr

v2 2.g s

Pr

= 0,0054 =

=

=

8,94

4 . n v2 x s 2g 4 1 x 0,0054 8,94

= 0,0097 psi 23) PT PT

= Pt + Pr


254

= (0,0003+ 0,0097) psi =

0,01 psi

SHELL SIDE : Fluida Dingin 24) Res

= 1.014.617,091

f

= 0,0009

25) Jumlah Lintasan 

Nt + 1

12 . L B

= 271,06

Ds

= ID Shell = 1,7708 ft

26) Ps Gs

= 214.816,95 lb/jam ft2

s

= 12

Ps =

f . G s2 . De . (N t  1) 5,22 1010 . De . s.  t

=

0,0009  (214.766,92 lb/jam ft 2 ) 2  1,7708 ft  271,06 5.22 .1010  1,7708 ft  12

= 0,4195 psi IDENTIFIKASI

255

Nama Alat

Condenser

Kode Alat

CD – 02

Jumlah

1

Operasi

Kontinyu

Fungsi Tipe

Mengkondensasikan produk Top KD – 02 DATA DESIGN Shell and Tube Heat Exchanger SHELL ID 21,25 in

Jumlah

TUBE 69 buah

Panjang

20 ft

Baffle Space

10,63 in

ID

0,5325 in

Clearance

0,31 in

OD

1,25 in

Ps

0,4195 psi

BWG

16

Pitch


4


0,005214 Carbon Steel

6. COOLER-01 (C-01) Fungsi

: Meenurunkan produk top dari Knock Out Drum-01 (KOD-01)

Tipe


Bahan

: Carbon Steel

256

Gambar :

Aliran inlet Tube

Head

Fluida Panas

Fluida Dingin

Perhitungan:

Shell


Water in

: Produk top R-01 W

= 6.411,7579 kg/jam = 14.135,49 lb/jam

T1

= 41,096 oC = 105,97 oF

T2

= 30,00 oC = 86 oF

: Ammonia w

= 4.138,8226 kg/jam = 9.124,53 lb/jam

t1

= 28 oC

= 82,40 oF

t2

= 38 oC

= 100,40 oF

257

1. Beban Panas C-01 Q = 173.251,1127 kJ/jam = 164.212,78 Btu/hr 2. LMTD Fluida Panas

Komponen

Fluida Dingin (oF)

Selisih


100,40 82,40 18,00

5,6 3,60 1,97

o

( F) 105,97 86,00 19,97

LMTD (ΔT)

=

T2 - T1 ln( T2 /T1 )

(Pers. 5.14)

= 4,5148 oF 3. Tc dan tc



Tc

= ½ (105,97 + 86) = 95,99oF

tc

= ½ (10,40 + 82,4) = 91,40 oF


(Table

8,

Kern)

A =

Q (U D .T )

= 742,2846 ft2


Rencana Klasifikasi Tube side (cold fluid) Panjang tube (L)

=20 ft

Outside Diameter (OD)

=1inch

BWG

=15

=4. 1,25 triangular pitch

a”

= 0,2618 ft2/lin ft

(Tabel 10.Kern)

258

A L x a" Jumlah tube, Nt

=

=

742,2846 20  0,2618

= 113,46 dari tabel 9 Kern, didapat nilai yang mendekati Nt perhitungan 113 Nt

=113

A

=Nt x L x a''

- Koreksi UD =742,285ft2 UD

=

UD

=49

Q A.Δt

(Nilai UD sudah mendekati UD asumsi)

karena nilai Ud perhitungan mendekati dengan nilai Ud asumsi, maka data untuk shell : -

Shell side ID

=29inch

(Tabel 9. Kern)

Baffle Space (B = ID/2)

=14,5inch

=1

Pt

=1,25 in triangular pitch

Fluida Panas : Tube Side, aliran top Knock Out Drum 4. Flow area dalam tube (a’t) = 0,985 inch2(Tabel.10, Kern) 5. Total flow area (at)

= Nt x a’t / 144 x n

Kern)

113 x 0,576 144 x 2 =

= 0,1294 ft3

(Pers. 7.48,

259

6. Laju alir,

Gt =

=

W at

9.125 0,1294

= 70.538,64 lb/ hr. ft2


Tc

= 91,4 oF

μ

= 0,8516 lb/ft jam

D

= 1,12/12 = 0,0933 ft(Tabel.10, Kern)

Ret

De .G a 

=

=

(Yaws’, 2012)

0,0933 x 70.538,64 0,8516

= 7.730,8855


= 40

(Fig.24, Kern)


 c.     k 

= 91,40 oF

= 1,03 Btu/lb. oF

k

= 0,594 Btu/ft. oF. jam

1

3

=

 0,0048 x 0,02    0,594  

(Yaws’, 2012) 1

3

= 1,4767

hi =

 k   .   jH      D  k 

1/ 3

      w 

0 ,14


hio

= 268,116 Btu / hr. ft2oF

= hi

 ID     OD 

(Pers.6.5, Kern)

260

= 268,116

 0,87     1 

= 240,232 Btu / hr. ft2oF Fluida Dingin : Shell Side, aliran air pendingin .


 ID x C" x B  (144 Pt ) as

=

(Pers.7.1, Kern) = 0,3136 ft2

5. Laju alir massa dalam shell, Gs

Gs

=

=

W as

(Pers.7.2, Kern)

14.135,5 0,3136

= 45.077,05 lb/hr.ft2


Tc

= 95,99oF

μ

= 0,0113 = 0,0273 lb/ft . jam

 c.     k 

1

= 0,1342 Btu/lb.⁰F

k

= 0,0429 Btu/hr.ft⁰F

3

=

 0,3499 x 0,0273    0,0429  

1

3

= 0,4410 De

Res =

= 0,910 inch = 0,076 ft

GS D 

=

45.077,05  0,076 0,0113

(Fig.28, Kern)

= 125.003,398

261

jH

= 300

(Fig.28, Kern)


ho

(Pers. 6.28, Kern)


Uc

=

hio x ho hio  ho

(Pers. 6.38, Kern)

= 57,063 Btu / jam ft2oF 9. Dirt Factor, Rd

Rd =

Uc U D U c .U D

57,063 - 49 57,063 x 49 =

(Pers 6.13, Kern)


Untuk NRe Faktor friksi s ΔPt

5. V2 / 2g ΔPr

= 0,0002

(Fig 26, Kern)

= 1,244

=

f Gt 2 L n 5,22 x 10 10 x De s t = 0,0043 psi = 0,0054 = ( 4n / s ) ( V2 / 2g ) = 0,104 psi

ΔPT

= 7.730,886

= ΔPt + ΔPr = 0,1085 psi

(Fig 27, Kern)

262

Shell Side 3. Faktor Friksi Re

= 125.004,398

f

= 0,00091

(Fig.29, Kern)


= 12 L / B

(Pers.7.43, Kern)

= 271,06 Ds

= ID / 12 = 37 / 12 = 2,4167 ft

s

ΔPs

= 3,985

=

fGs 2 Ds ( N  1) 5,22  1010 Des s

(Pers. 12.47,Kern)

= 0,0563 psi IDENTIFIKASI Cooler

Nama Alat Kode Alat

C - 01

Jumlah

1

Operasi

Kontinyu

Fungsi

Menurunkan temperature dari top produk

Tipe

Knock Out Drum – 01 (KOD-01) DATA DESIGN Shell and Tube Heat Exchanger SHELL ID 21,25 in

Jumlah

TUBE 69 buah

Panjang

20 ft

Baffle Space

10,63 in

ID

0,5325 in

Clearance

0,31 in

OD

1,25 in

Ps

0,0563 psi

BWG

15

Pitch


4

263


0,005214 Carbon Steel

7. EXPANDER VALVE-01 Fungsi

: Untuk mengalirkan dan menurunkan tekanan produk keluaran dari Reaktor-01 menuju Cooler-01

Tipe

: Turbine

Gambar

:

Kondisi Operasi: Temperatur masuk, T1

= 250 ºC

Tekanan masuk, P1

= 50 atm

Tekanan keluar, P2

= 2 atm

Laju alir masuk, W

= 54.541,642 kg/jam = 120.243,74 lb/jam = 2.004,06 lb/min

Densitas gas, ρ

= 6,13 kg/m³ = 0,383 lb/ft³

Faktor keamanan, f

= 10%

k

= 1,134

Menentukan laju alir volumetric, Q : Q=

W ρ = 8.897,495 m³/jam = 5.237,02 ft³/min

Safety factor 10%

= (1+0,1) x ft³/min = 5.760,727 ft³/min

Maka, Q

= 5.760,727 ft³/min

Temperatur yang keluar dari expander-01: Dimana:

264

T1

= temperatur masuk

= 250 ºC = 941,67ºR

k

= ratio spesifik heat

= 1,134

Sehingga: T2

= 941,67(ºR) x

(

2 atm 50 atm

)

( 1,134−1) 1,134

= 799,297 ºR = 179,604 ºC Panas input (Qin) Komponen CO2 H2 CH3OH H2O O2 N2 H2S CH4 TOTAL

n (kmol/jam) 122,654 367,635 957,724 968,172 4,255 1,045 0,686 5,225 2.427,395

dt (kJ/kmol K) Qin (kJ/jam) 9.347,692 1.146.531,249 6.555,004 2.409.850,875 11.840,717 11.340.136,091 7.782,694 7.534.984,200 6.824,128 29.038,991 6.601,430 6.897,105 8.068,352 5.532,011 9.423,796 49.238,863 22.522.209,385

n (kmol/jam) 122,654 367,635 957,724 968.172 4,255 1,045 0,686 5,225 2427.395

dt (kJ/kmol K) Qout (kJ/jam) 6.231,264 764.289,060 4.568,071 1.679.384,242 7.715,591 7.389.404,504 5.299,186 5.130.521,426 4.640,128 19.745,327 4.520,844 4.723,330 5.458,827 3.742,807 6.170,111 32.238,519 15.024.049,215

Panas output (Qout) Komponen CO2 H2 CH3OH H2O O2 N2 H2S CH4 TOTAL

Neraca Panas di Expander-01 adalah: Q

= Qin – Qout

265

Q

= 22.522.209,385 kJ/jam – 15.024.049,215 kJ/jam

Q

= 7.498.160,170 kJ/jam

Range efisiensi Expander Valve-01 (EV-01) adalah 85-90% (Wallas,65) η

= 89%

maka Power = η x Q = 89% x7.498.160,170 kJ/jam = 6.673.362,551 kJ/jam = 2.486 Hp

IDENTIFIKASI Nama alat Kode alat Jumlah Operasi

Expander-01 E-01 1 buah Kontinyu Untuk menurunkan tekanan gas setelah keluar

Fungsi

reaktor-01 (R - 01) DATA DESIGN

Tipe Laju Volumetrik, kJ/jam Temperatur Masuk, oC Temperatur Keluar, oC Tekanan Masuk, atm Tekanan Keluar, atm Power, hp Bahan konstruksi

Turbin 5.237,02 250 179,6 50 2 2.486 Carbon steel

8. HEATER-01 (H-01) Fungsi

:Memanaskan aliran umpan MP-01 sebelum masuk ke R-01

Tipe


Bahan

: Carbon Steel

266

Aliran inlet

Shell

Tube

Head


Water in

Gambar :

Fluida Panas

Fluida Dingin

: Saturated steam W

= 12.990,577 Kg/jam = 28.639,290 lb/jam

T1

= 380 oC = 716 oF

T2

= 380 oC = 716 oF

: Produk dari umpanMP-01 w

= 54.541,659 kg/jam = 120.243,632 lb/jam

t1

= 41,65 oC

t2

= 250

o

C

= 106,96 oF = 482 oF

Perhitungan: 1. Beban Panas H-01 Q = 29.318.902,689kJ/jam = 27.789.364,851 Btu/jam 2. LMTD Fluida Panas (oF)

Fluida Dingin (oF)

Selisih

267

716 716 0


LMTD (ΔT)

=

482 86 396

234 630 -396

T2 - T1 ln( T2 /T1 ) (Pers. 5.14)

= 399,839 oF 3. Tc dan tc



Tc

= ½ (716 + 716) = 716

tc

= ½ (482 + 86) = 284 oF

o

F

Asumsi, UD = 50 Btu / jam ft2oF

A =

Q (U D .T )

(Table 8, Kern)

= 1.390,027 ft2


Rencana Klasifikasi A L x a" a”

= 0,2618 ft2/in. ft

Jumlah tube, Nt

=

=

1390,027 25  0,3271

= 212,48 Pada tabel 9 Kern, jumlah tube yang memenuhi adalah 212 Shell Side ID = 23,25 in B = 11,6 in es = 4

Tube Side Number and Length = 212 and 18 ft OD, BWG, Pitch = 1-in, 15, 11/4-in tri es = 1

268

Fluida Panas : Tube Side, Umpan Kompressor 1 4. Flow area dalam tube (a’t) = 0,985 inch2

(Tabel.10, Kern)

5. Total flow area (at)

(Pers.7.48, Kern)

= Nt x a’t / 144 x n 212 x 0,985 144 x 1

= 1,453 ft3

=

6. Laju alir,

Gt =

=

W at 120.244 1,453

= 82.732,333 lb/ hr. ft2


Tc

= 284 oF

μ

= 0,0113 lb/ft jam

D

= 1,12/12 = 0,0933 ft

Ret

=

=

(Tabel.10, Kern)

De .G a  0,093 x 82.732,333 0,0113

= 283.121,437


= 700


 c.     k 

1

(Fig.24, Kern)

= 284 oF

= 0,6086 Btu/lb. oF

k


3

 0,6100 x 0,6086    0,0594  

=

= 0,2793

1

3

269

hi =

 k   .   jH      D  k 

1/ 3

      w 

0 ,14

Koreksi viskositas diabaikan karena tidak significant, maka didapat : = 291,446 Btu / hr. ft2oF

hi

hio

= hi

 ID     OD 

= 291,446

(Pers.6.5, Kern)

 0,856     1 

= 261,136 Btu / hr. ft2oF

Fluida Panas : Shell Side, Aliran Steam .


 ID

x C" x B  (144 Pt )

as

=

(Pers.7.1, Kern)

= 0,3128ft2 5. Laju alir massa dalam shell, Gs

Gs

=

=

W as (Pers.7.2, Kern)

28.639,287 0,3128

= 91.550,361 lb/hr.ft2


Tc

= 716oF

= 0,0194Btu/lb.oF

k

= 0,0178 Btu/lb.oF

μ

= 0,0470lb/ft . jam

 c.     k 

1

3

=

 0,4762 x 0,0470    0,0178  

1

3

270

= 0,978 De

=

0,720 inch = 0,060 ft

Res= jH

GS D 

=

=

(Fig.28, Kern)

91.550,361  0,060 0,0470

= 116.761,498

= 180

(Fig.28, Kern)


ho

(Pers. 6.28, Kern)


Uc

=

=

hio x ho hio  ho (Pers. 6.38, Kern)

261,136 x 69,882 261,136  69,882


9. Design Overall Coefficient, UD External surface/ft, a” = 0,2618 ft A = a” x L x Nt = 0,2618 x 20 x 212 = 1.390,027 ft2

UD =

Q A  t

=

27.789.364,851 1.390,027  399,839

= 50 Btu/hr.ft2.oF

10. Dirt Factor, Rd

Rd =

Uc UD U c .U D

55,129 - 50 55,129 x 50

=

(Pers 6.13, Kern)

271

= 0,0019

PRESSURE DROP Tube Side 4. Untuk NRe Faktor friksi s

= 0,00013

(Fig 26, Kern)

= 58,940

f Gt 2 L n = 5,22 x 1010 x D s  e t = 0,0001 psi

5. ΔPt

6.

= 283.121,437

V2 / 2g

= 0.0054

ΔPr

= ( 4n / s ) ( V2 / 2g )

= ΔPT

4x4 x 0,0054 1,403

(Fig 27, Kern)

= 0,0015 psi

= ΔPt + ΔPr = 0,0015 psi


= 116.761,498

f

= 0.0015

6. Number of cross, N+1

(N + 1)

= 12 L / B = (12 x 216)/ 11,6 = 247,74

Ds

= ID / 12 = 15,25 / 12 = 1,937 ft

s

= 1

(Fig.29, Kern)

(Pers.7.43, Kern)

272

ΔPs

=

fGs 2 Ds ( N  1) 5,22  1010 Des s (Pers. 12.47,Kern)

= 1,926 psi

IDENTIFIKASI Nama Alat Kode Alat Jumlah Operasi Fungsi

Heater H-01 1 buah Kontinyu Menaikkan temperatur sebelum masuk ke reactor – 01 (R-01) DATA DESIGN Shell and Tube Heat Exchanger Carbon steel 0,0019 55,129 50,000

Tipe Bahan Konstruksi Rd Calculated UC UD Jumlah Panjang OD, ID BWG Pitch ΔP

Tube Side 212 20 ft 1,25 in, 0,856 in 15 11/4 - in, Triangular pitch 1,926 Psi 4

Shell Side ID 15,25 in Baffle space 11,6 in 4 ΔP 0,001 Psi

9. HEATER-02 (H-02) Fungsi

:Memanaskan aliran umpan sebelum masuk ke Kolom Distilasi-01

Tipe


Bahan

: Carbon Steel

273

Aliran inlet Tube

Head

Shell


Water in

Gambar

Fluida Panas

Fluida Dingin

:

: Saturated steam W

= 1.550,929 Kg/jam = 3.419,210 lb/jam

T1

= 380 oC = 716 oF

T2

= 380 oC = 716 oF

: Produk dari umpan KOD-01 w

= 48.129,900 kg/jam = 106.108,140 lb/jam

t1

= 41,096 oC

= 105,970 oF

t2

= 86,105 oC

= 186,990 oF

Perhitungan: 1. Beban Panas H-02 Q = 16.583.400,548kJ/jam = 15.718.261,130 Btu/jam 2. LMTD Fluida Dingin (oF)

Fluida Panas (oF) 716 716 0


187 106 81

Selisih 529 610,03 -81,02

274

LMTD (ΔT)

=

T2 - T1 ln( T2 /T1 ) (Pers. 5.14)

= 568,556 oF 3. Tc dan tc



o

Tc

= ½ (716 + 716) = 536

F

tc

= ½ (187 + 106) = 146,48 oF

Asumsi, UD = 50 Btu / jam ft2oF

A =

Q (U D .T )

(Table 8, Kern)

= 552,917 ft2



= 0,3925 ft2/in. ft

Jumlah tube, Nt

=

=

552,917 20  0,3925


Tube Side Number and Length = 72 and 20 ft OD, BWG, Pitch = 1-in, 16, 11/4-in tri es = 1

Fluida Panas : Tube Side, Umpan Kompressor 1 4. Flow area dalam tube (a’t) = 1,47 inch2

(Tabel.10, Kern)

275


= Nt x a’t / 144 x n

(Pers.7.48, Kern)

220 x 0,546 144 x 4

= 0,183 ft3

=

6. Laju alir,

Gt

=

=

W at 106.108 0,183

= 577.459,270 lb/ hr. ft2


Tc

= 146,481 oF

μ

= 0,179 lb/ft jam

D

= 0,834/12 = 0,0695 ft

Ret

=

=

(Tabel.10, Kern)

De .Gt  0,0695 x 577.459,270 0,179

= 368.140,496

8. Dengan L/D = 175,182 , diperoleh jH

= 700


 c.     k 

(Fig.24, Kern)

= 146,481 oF

= 0,6193Btu/lb. oF

k


1

3

=

 0,6177 x 0,0342    0,0758  

= 5,837

hi =

 k   .   jH      D  k 

1/ 3

      w 

0 ,14

1

3

276

Koreksi viskositas diabaikan karena tidak significant, maka didapat : = 209,631 Btu / hr. ft2oF

hi

hio

= hi

 ID     OD 

= 209,631

(Pers.6.5, Kern)

 0,834     1 

= 191,463 Btu / hr. ft2oF

Fluida Panas : Shell Side, Aliran Steam .


 ID

x C" x B  (144 Pt )

as

=

(Pers.7.1, Kern)


Gs

=

=


3.419,210 0,1615

= 21.171,350 lb/hr.ft2


Tc

= 716oF

= 0,4762Btu/lb.oF

k

= 0,0178 Btu/lb.oF

μ

= 0,0470lb/ft . jam

 c.     k 

1

3

=

 0,4762 x 0,0470    0,0178  

= 0,978

1

3

277

De

=

0,720 inch = 0,060 ft

Res jH

GS D 

=

=

(Fig.28, Kern)

21.171,350  0,060 0,0470

= 27.001,522

= 200

(Fig.28, Kern)


ho

(Pers. 6.28, Kern)


8. Clean Overall Coefficient, Uc

Uc

=

=


190,463 x 77,647 190,463  77,647


10. Design Overall Coefficient, UD External surface/ft, a” = 0,2618 ft A = a” x L x Nt = 0,2618 x 18 x 220 = 1.036,756 ft2

UD =

Q A  t

=

15.718.261,130 565,200  568,556

= 52,750 Btu/hr.ft2.oF

10. Dirt Factor, Rd

Rd =

Uc UD U c .U D

55,243 - 52,750 55,243 x 52,750

= = 0,0009

(Pers 6.13, Kern)

278

PRESSURE DROP Tube Side 7.


= 368.140,496

= 0,000558

(Fig 26, Kern)

= 58,940

f Gt 2 L n 8. ΔPt = 5,22 x 10 10 x De s t = 0,0110 psi 9.

V2 / 2g

= 0.0054

ΔPr

= ( 4n / s ) ( V2 / 2g )

= ΔPT

4x4 x 0,0054 1,017

(Fig 27, Kern)

= 0,0015 psi

= ΔPt + ΔPr = 0,0125 psi


= 27.001,522

f

= 0.002

8. Number of cross, N+1

(Fig.29, Kern)

(N + 1)

= 12 L / B

(Pers.7.43, Kern)

= (12 x 212)/ 11,6 = 377,70 Ds

= ID / 12 = 15,25 / 12 = 1270 ft

s

ΔPs

= 1

=


279

= 0,1374 psi

IDENTIFIKASI Heater H-02 1 buah Kontinyu Menaikkan temperatur sebelum masuk ke Kolom

Nama Alat Kode Alat Jumlah Operasi Fungsi

Distilasi - 01 (KD-01) Tipe Bahan Konstruksi Rd Calculated UC UD

DATA DESIGN Shell and Tube Heat Exchanger Carbon steel 0,0009 55,243 52,752

Tube Side 72 20 ft 1,00 in, 0,834 in 14 11/4 - in, Triangular pitch 0,374 Psi 1

Jumlah Panjang OD, ID BWG Pitch ΔP

Shell Side ID 15,25 in Baffle space 7,6 in 4 ΔP 0,0125 Psi

10. KNOCK OUT DRUM (KOD-01) Fungsi

: Untuk memisahkan antara fraksi uap dan liquid yang keluar dari parsial kondenser (PC-01)

Gambar

:

280

1. Data Desain Tekanan

: 2 atm

Temperatur

: 30 oC

Laju alir uap (Wg)

: 6.411,7584kg/jam

Laju alir liquid (W)

: 48.129,9004kg/jam

Densitas uap

: 2,5753kg/m3

Densitas liquid

: 334,5435kg/m3

2. Vapor volumetric flowrate, QV

QV

=

laju alir massa densitas

6.411,7584 kg/jam 2,5753 kg/m 3 =

= 2.489,6958 m3/jam = 0,6916m3/s

3. Kecepatan uap maksimum, UV  W

g 

 Wg

 L 

ln 

X

=

 (Pers. 3-2 W.Wayne Blackwell)

= 0,4176 Pers.3-1 W.Wayne Blackwell :

281

KV

 - 1,877478097 - 0,8145804597 X - 0,1870744085 X 2 

= exp 

3 4  - 0,0145228667 X - 0,0010148578 X

= 0,1053

UV

=

    L g 0,035   g 



0,5

 

  

 

= 0,3974m/s 4. Vessel area minimum, A

A

=

Qv Uv

0,6916 m 3 / s 0,3974 m / s = = 1,7404 m2 5. Diameter vessel minimum, D

D

=

 4A      

0, 5

= 1,4890 m 6. Liquid volumetric flowrate, QL

QL

=


48.129,9004 kg/jam 334,5453 kg/m 3 = = 143,3874 m3/jam = 0,04m3/s 7. Tinggi Liquid, HL







282

Holding time, t

= 5 menit = 0,0833 jam QLx

HL

=

t A

= 6,8887m 8. Tinggi vessel, Ht Jarak top ke nozzle inlet, Hv

= 3 ft + D = 0,9144 + 1,0612 m = 2,4034m

Jarak nozzle inlet ke level liquid maksimum, HZ = 1 ft = 0,3048 m Ht

= HL + HV + HZ = 6,8887m + 0,3084 m+ 2,4034 m = 9,5969 m

9. Volume vessel, Vt Digunakan vertikal KOD dengan head tipe ellipsoidal . Volume shell vessel, Vs

= ¼  D2 Hs

Tinggi shell, Hs

= 3,9900 m

Maka : Volume shell vessel , Vs

= ¼  D2 Hs = 6,9441m3

Volume head, Vh

= 2 (1/24)  D3 = 0,8638 m3

Volume vessel, Vt

= Vs + Vh = 6,9441m3 + 0,8638m3 = 7,8079m3

10. Tebal dinding vessel, t

283



 PD   C  (2SE  0,2P  

t

=

(Table 4, hal 537,Peters and Timmerhaus)

dimana : P

= Tekanan design

= 2atm

= 29,3920psi

D

= Diameter vessel

= 41,7794in

S

= Working stress allowable

= 13.700psi

E

= t effisiensi

= 0,85(Table 4, Peter, hal538)

C

= Korosi maksimum

= 0,010 in

(Table 4, Peter, hal538)

(Table 6, Peter, hal542)

Maka : t

= 0,0840in = 0,0021m = 0,2134cm

11. Outside diameter, OD OD

= D + 2t = 1,4932m

Nama Alat Kode Alat Jumlah

IDENTIFIKASI Knock-Out Drum KOD-01 1 unit

Fungsi

Untuk memisahkan antara fraksi uap dan liquid yang keluar dari parsial kondenser (PC-01)

Tipe Tekanan Temperatur Diameter Tinggi Tebal Dinding Bahan Konstruksi

DATA DESIGN Vertical Cylinder 2 atm 30oC 1,489 m 9,597 m 0.002 m Carbon steel

11. PARTIAL CONDENSER-01 (PC-01)

284

Fungsi

:Mengkondensasikan sebagian produk top reactor-01

Tipe


Bahan

: Carbon Steel

Gambar :

Aliran inlet Tube

Head

Shell


Fluida Panas

Fluida Dingin

Water in

: gas output dari Cooler-01 W

= 54.541,658 Kg/jam = 120.243,630 lb/jam

T1

= 50 oC

= 122 oF

T2

= 30 oC

= 86 oF

: Air w

= 77.536,635 kg/jam = 170.938,820 lb/jam

t1

= 28 oC

= 82,4 oF

285

= 40oC

t2

= 104 oF

Perhitungan: 1. Beban Panas PC-01 Q = 8.763.345,664 kJ/jam = 8.306.170,680 Btu/jam

2. LMTD Fluida Dingin (oF)

Fluida Panas (oF) 122 86 36


LMTD (ΔT)

=

104 82,4 22

Selisih 18 3,6 14,4

T2 - T1 ln( T2 /T1 ) (Pers. 5.14)

= 8,947 oF 3. Tc dan tc



Tc

= ½ (122 + 86)

= 104 oF

tc

= ½ (104 + 82,4)

= 93,2 oF


A =

Q (U D .T )

(Table 8, Kern)

= 1.894,595 ft2



= 0,3271 ft2/in ft

Jumlah tube, Nt

=

286

1.894,595 20  0,3271

=


Tube Side Number and Length = 232 and 20 ft OD, BWG, Pitch = 1,00-in, 18, 1-in tri es = 1

Fluida Panas : Tube Side, aliran gas purging 4. Flow area dalam tube (a’t) = 0,482 inch2

(Tabel.10, Kern)


(Pers.7.48, Kern)

= Nt x a’t / 144 x n

232 x 0,482 144 x 2 = 0,1941 ft3

=

6. Laju alir,Gt

=

=

W at 170.939,000 0,1941

= 880.497,560 lb/ hr. ft2


Tc

= 93,2 oF

μ

= 0,8516 lb/ft jam

D

= 0,606/12 = 0,0505 ft

Ret

=

=

(Tabel.10, Kern)

De .G a  0,0505 x 880.497,560 0,8516

= 132.688,412


= 800

(Fig.24, Kern)

287

= 93,2 oF


 c.     k 

1

= 1,031 Btu/lb. oF

k


3

=

 1,031 x 1,532    0,594  

1

3

= 1,476

hi =

 k   .   jH      D  k 

1/ 3

      w 

0 ,14


hio

= 4.216,082 Btu / hr. ft2oF

= hi

 ID     OD 

= 4.216,082

(Pers.6.5, Kern)

 0,606     0,75 

= 6.492,766 Btu / hr. ft2oF

Fluida Dingin : Shell Side, aliran air .


 ID x C" x B  (144 Pt ) as

=

(Pers.7.1, Kern)


Gs

=

=


120.243,600 0,3754

= 320.316,020 lb/hr.ft2

288


Tc

= 104oF

= 0,2735Btu/lb.oF

k

= 0,5607 Btu/lb.oF

μ

= 0,0264 lb/ft . jam

 c.     k 

1

3

=

 1,6472 x 0,0264    0,5607  

1

3

= 0,9493 De

=

0,73 inch

Res jH

=

GS D 

= 0,076 ft

=

320.316,020  0,076 0,0264

(Fig.28, Kern)

= 88.827,000

= 600

(Fig.28, Kern)

7. Koefisien Perpindahan Panas, ho Koreksi viskositas diabaikan karena tidak significant, maka diperoleh : ho

= jH . (k/D). (cμ/k)1/3

(Pers. 6.28, Kern)


Uc

=

= 9.


6.492,766 x 322,231 6.492,766  322,231


Design Overall Coefficient, UD External surface/ft, a” = 0,2618 ft A = a” x L x Nt

289

= 0,3271 x 20 x 232 = 1.897,180 ft2

UD =

Q A  t

8.306.170,680 1.897,180  8,947

=

= 489,333 Btu/hr.ft2.oF

10. Dirt Factor, Rd

Rd =

Uc U D U c .U D

306,995 - 489,333 306,995 x 489,333 =

(Pers 6.13, Kern)



2. ΔPt =

= 132.688,412

= 0,00026

(Fig 26, Kern)

= 1,2435

f Gt 2 L n 5,22 x 1010 x De s t

= 0,6049 psi 3.

V2 / 2g

= 0.0054

ΔPr

= ( 4n / s ) ( V2 / 2g )

= ΔPT

4x6 x 0,0054 1,235

= ΔPt + ΔPr = 0,6744 psi


= 88.827,000

(Fig 27, Kern)

= 0,0695 psi

290

f

= 0,00091

(Fig.29, Kern)


= 12 L / B

(Pers.7.43, Kern)

= 309,680 Ds

= ID / 12 = 37 / 12 = 1,9375 ft

s

= 3,985

ΔPs

=


= 3,5513 psi

IDENTIFIKASI Partial Kondenser PC – 01 1 buah Kontinyu Mengkondensasikansebagianproduk reaktor – 01


(R-01) Tipe Bahan Konstruksi Rd Calculated UC UD Jumlah Panjang OD, ID BWG Pitch ΔP

DATA DESIGN Shell and Tube Heat Exchanger Carbon steel 0,0002 544,070 495

Tube Side 1.101 20 ft 0,75 in, 0,606 in 15 11/4 - in, Triangular pitch 2,456 Psi 6

11. KOLOM DISTILASI – 01 (KD – 01)

Shell Side ID 39 in Baffle space 19,5 in 1 ΔP 0,564 Psi

291

Fungsi

: Memurnikan metanol sebagai produk utama dari komponen lain

Tipe

: Sieve Tray Tower

Gambar

:

A. Menentukan kondisi operasi. Dengan Trial and Error, didapatkan kondisi operasi: Feed P =

1,4 atm = 1.064,007 mmHg

T = 86,11 oC

=

359,256 K

Komposisi: Komponen CH3OH H2O Total

Pi (atm) 1,581 0,426

Xi 0,497 0,503 1,000

Top P = 1,1

atm

T = 84,679 oC Komposisi :

= 836,006 mmHg = 357,829 K

Ki = Pi / P 1,581 0,426

Yi = Xi . Ki 0,786 0,214 1,000

292

Komponen CH3OH H2O Total

Kmol/jam 953,345 478,262 1.431,607

Yi 0,666 0,334 1.000

Ki = Pi / P 1,915 0,512

Xi = Yi / Ki 0,348 0,652 1,000

Ki = Pi / P 3,435 0,978

Yi = Xi.Ki 0,030 0,970 1,000

Bottom P = 1,5 atm

= 1.140,008 mmHg

T = 99 oC

=

372,15 K

Komposisi : Komponen CH3OH H2O Total

kmol/jam 4,379 489,910 494,289

Xi 0,009 0,991 1,000

B. Desain Kolom Destilasi Metode Grafik 1.

Data kesetimbangan Uap-Cair untuk Air dan Metanol pada 1 atm Vapor Liquid Equilibrium untuk sistem Air – Metanol :



B    T  C 

Persamaan Antoine : ln Pi = A -

, dimana P = mmHg, T = oK

Komposisi x : sat

x 1=

P−P2 sat sat P1 −P2

(Eq. 10.2, J.M.Smith, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics) Komposisi y : y 1=

x1 Psat 1 P

(Eq. 10.1, J.M.Smith, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics) Perhitungan Nilai T1 Sat dan T2 Sat :

293

sat

T1 = sat

T2 =

B −C A−ln P B −C A−ln P

( ( )) P=10 A−

B C+T

dimana P = mmHg, T = oK Data Grafik Kesetimbangan Campuran Metanol - Air T1 Saturated

= 73,297 ºC

T2 Saturated

= 109,711 ºC

T (K) 346,447 349,447 352,447 355,447 358,447 361,447 364,447 367,447 370,447 373,447 376,447 379,447 382,861

Pa (mmHg) (metanol) 1.064,000 1.188,420 1.324,625 1.473,450 1.635,768 1.812,491 2.004,565 2.212,976 2.438,746 2.682,935 2.946,638 3.230,991 3.581,143

Pb (mmHg) (air) 269,229 305,288 345,324 389,678 438,710 492,798 552,344 617.767 689,509 768,035 853,829 947,400 1.064,000

x

Y

1 0,859 0,734 0,622 0,522 0,433 0,352 0,280 0,214 0,155 0,100 0,051 0

1 0,960 0,914 0,862 0,803 0,737 0,664 0,582 0,491 0,390 0,278 0,155 0

(Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics,Sixth Ed., J.M. Smith dkk.. Pg.345)

294

Grafik X vs Y 1.200 1.000 0.800

Y

0.600 " 0.400 0.200 0.000 0.000

0.200

0.400

0.600 X

1. Mencari rasio refluk minimum Dari grafik Mc. Cabe and Thiele didapat nilai : XD R m+ 1

XD XD =¿ Rm  1 R m+ 1 = 0,6

Rm +1 = 1,110 Rm 2.

= 0,110

Mencari rasio refluks actual R

= 1,5 x Rm

R

= 1,5 x 0,110

R

= 0,165

XD R 1

= 0,572

0.800

1.000

1.200

295



T top

= 84,679 ºC

T bottom

= 99

ºC

Temperatur rata-rata T top+T bottom 2

Tavg

=

Tavg

= 91,840 ºC

Ttop  Tbottom 2

Dari grafik Mc. Cabe and Thiele didapatkan stage teoritis (Nt) = 4 stages 3.

Efisiensi Tray Komponen CH3OH H2O Total

XF 0,497 0,503 1,000

μ (Ns/m2) 0,246 0,301

XF .μ = μa 0,122 0,151 0,274

Relative volatility (α) = 3,74 Maka, dengan metode O’Connel Correlation (JM. Coulson Vol. 6) : Eo = 51 - [32,5 log (μa . αa)] Eo = 51 – (32,5 log (0,274 x 3,74)) = 50,672 % ≈ 51 % Maka, tray aktual (Ns), termasuk 1 tray reboiler : Ns = (Nt-1) / Eo = (4-1) / 51% = 6 stages 4. Menentukan Stage Umpan Masuk Dari grafik Mc. Cabe and Thiele diketahui bahwa stage umpan terletak pada stage keseimbangan dari top KD, jadi : Sr Sm

=1 = Nt - 1 =3 Sm = Sr + Ss Ss =2 Jadi umpan masuk pada stage kedua. C. Desain kolom bagian atas (Rectifying section) a. Data fisik untuk rectifying section

296

D

= 39.163,731kg/jam

L

= R.D = 0,165 x (39.163,731kg/jam) = 6.454,825 kg/jam = 1,793 kg/det

V

= L+D = 6.454,825 kg/jam + 39.163,731kg/jam = 45.618,555 kg/jam = 12,672 kg/det

Data Fisik Mass Flow rate (kg/det)

Vapour 12,672

Liquid 1,793

Density (kg/m3)

9,328

793,6

Volumetric Flow rate (m3/det) Surface tension (N/m)

1,358

0,002 0,035

b. Diameter kolom

 Liquid –Vapour Flow Factor (FLV)

FLV

=

LW VW

V L

6.454,825 Kg/jam 45.618,555 Kg/jam

(Coulson. Eq.11.82) 9,328 793,6

= = 0,015 Ditentukan tray spacing = 0,5 m (asumsi dipilih sesuai dengan rekomendasi pada buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson, p. 556 sebagai initial estimate)  Sehingga dari grafik 11.27 buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson didapat nilai konstanta K1 = 0,095  Koreksi untuk tegangan permukaan

     0,02  

K1*

=

0, 2

K1

297

=

 0,035     0,02 

0, 2

0,095

= 0,106  Kecepatan Flooding (uf )

 L  V V

K1 *

uf =

(Coulson. Eq.11.81)

793,6  9,328 9,328 = 0,106 = 0,974 m/s 

u

 Desain untuk 85 % flooding pada maksimum flow rate ( ) 

u

= 0,85 . uf

(Coulson. p.472)

= 0,85 x 0,974 m/s 

= 0,828 m/s

Maksimum volumetric flow rate (Uv maks)

Uv maks =

V  V . 3600

(Coulson. p.472)

45.618,555 kg/jam 9,328 Kg / m3 . 3.600 = = 1,358 m3/s

 Net area yang dibutuhkan (An) U V maks 

An =

=

u

1,358 m3 / s 0,828 m / s

(Coulson. p.472)

298

= 1,640 m2  Cross sectional area dengan 12 % downcomer area (Ac) Asumsi diambil sebesar 12 % berdasarkan rekomendasi pada buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson, p. 568

Ac =

=

An 1  0.12

1,640 m 2 1  0,12

(Coulson. p.472)

= 1,864 m2

 Diameter kolom (Dc)

4 Ac 3,14 Dc =

(Coulson. p.472) 4 (1,864 m 2 ) 3,14

= = 1,541 c. Desain plate  Diameter kolom (Dc)

= 1,541 m

 Luas area kolom (Ac)

Ac =

=

Dc 2 .x3,14 4

(Coulson. p.473)

(1,541)2 x3,14 4

= 1,864 m2  Downcomer area (Ad) Ad = persen downcomer x Ac = 0,12 (1,864 m2) = 0,224 m2  Net area (An)

(Coulson. p.473)

299

An = Ac – Ad = 1,864 m2 – 0,224 m2 = 1,640 m2  Active area (Aa) Aa = Ac – 2 Ad

(Coulson. p.473)

= 1,864 m2 – 2 (0,224 m2) = 1,417 m2  Hole area (Ah) ditetapkan 10 % dari Aa berdasarkan rekomendasi pada buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson, p. 568 Ah = 15 % . Aa = 0,15 (1,417 m2) = 0,213 m2  Nilai weir length (Iw) ditentukan dari figure 11.31, Coulson vol 6

Ordinat

Absis

=

=

Ad x 100 Ac Iw Dc

=

0,224 m 2  100 1,864 m 2

= 12

= 0,77

Sehingga : Iw

= Dc x 0,77 = 1,541m x 0,77 = 1,187 m

 Penentuan nilai weir height (hw), hole diameter (dh), dan plate thickness, (nilai ini sama untuk kolom atas dan kolom bawah)  Weir height (hw)

= 50 mm

nilai weir height direkomendasikan pada buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson, p. 571  Hole diameter (dh) = 5 mm ukuran tersebut merupakan preferred size sesuai rekomendasi pada buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson, p. 573  Plate thickness d. Pengecekan

= 5 mm (untuk carbon steel)

300

Check weeping  Maximum liquid rate (Lm,max)

Lm,max =

L 3.600

=

6.454,825 kg/jam 3.600

(Coulson. p.473)

= 1,793kg/det  Minimum liqiud rate (Lm,min) Minimum liquid rate pada 70 % liquid turn down ratio Lm,min

= 0,7 x Lm,

(Coulson. p.473)

= 0,7 x (1,793kg/det) = 1,255 kg/det  Weir liquid crest (how)

How

how,maks

=

=

 Lm  750     l Iw 

2

3

(Coulson. Eq.11.85)

 Lm, maks  750     l Iw 

2

3



=

 1,793 Kg / det 750   3  793,6 Kg / m x 1,187 m 

2

3

= 11,522 mm liquid

how,min

=

 Lm, min  750     l Iw 

2

3



=

 1,255 Kg / det 750   3  793,6 Kg / m  1,187 m 

= 9,083 mm liquid  Pada rate minimum hw + how

= 50 mm + 9,083 mm

2

3

301

= 59,083 mm Dari figure 11.30 Coulson ed 6 K2

= 30,2

 Minimum design vapour velocity (ŭh)

Ŭh

=

 K 2  0,90  25,4  dh   V  12

(Coulson.

Eq.11.84) = 3,877 m/s  Actual minimum vapour velocity (Uv,min actual)

Uv,min actual

=

=

min imum vapour rate Ah

(Couldson..Eq.11.84)

0,7 x1,358 0,213

= 4,474 m/s  Jadi minimum operating rate harus berada di atas nilai weep point. Plate pressure drop  Jumlah maksimum vapour yang melewati holes (Ǚh)

Ǚh

Ǚh

=

=

Uv, maks Ah

(Coulson..p.473)

1,358 0,213

= 6,392 m/s  Dari figure 11.34 Coulson ed 6, untuk :

Plate thickness hole diameter = 1

302

Ah Ap Ah Ap

=

Ah Aa

= 0,15

x 100

= 15

Sehingga didapat nilai Orifice coeficient (Co) = 0,88  Dry plate drop (hd)



2





Uh   Co 

51  hd

=





V L (Coulson..Eq.11.88)

= 31,632 mm liquid  Residual head (hr)

hr

=

=

12,5 x103 L

(Coulson..Eq.11.89)

12,5 x103 793,6

= 15,751 mm liqiud  Total pressure drop (ht) ht

= hd + (hw + how) + hr

(J.M.Couldson..p.474)

= 31,632+ 59,083 + 15,751 ht

= 106,466 mm liquid

Ketentuan bahwa nilai ht harus lebih besar dari 100 mm liquid telah terpenuhi. (Coulson, p.474) Downcomer liquid backup  Downcomer pressure loss (hap) hap = hw – (10 mm) = (50 – 10) mm = 40 mm

(Coulson..p.577)

303

 Area under apron (Aap) Aap = hap . Iw


= 40 x 10-3 x 1,187 m = 0,047 m2 Karena nilai Aap lebih kecil dari nilai Ad (0,224 m 2), maka nilai Aap yang digunakan pada perhitungan head loss di downcomer (hdc)  Head loss in the downcomer (hdc)

hdc =

 Lm, max  166     L Aap 

2

(Coulson..Eq.11.92)

= 0,376 mm  Back up di downcomer (hb) hb

= (hw + how) + ht + hdc

(Couldson,p.474)

= 59,083 + 106,466 + 0,376 = 165,926 mm = 0,165 m hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir height)/2 (plate spacing + weir height)/2 Ketentuan bahwa nilai

= 0,275 m,

hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir

height)/2, telah terpenuhi. (Coulson,p.474) Check resident time (tr)

tr

=

Ad hb  L Lm, maks

(Couldson,Eq.11.95)

= 16,428 s Ketentuan bahwa nilai tr harus lebih besar dari 3 s , telah terpenuhi. Check Entrainment  Persen flooding actual.

304

uv

uv

=

=

Uv maks An

(Couldson,p.474)

1,358 1,640

= 0,828 m/s

uv x100 uf % flooding

=

(Coulson..p.474)

= 85 %  Untuk nilai FLV = 0,015 dari figure 11.29 Coulson ed 6 Didapat nilai ψ = 0,2 Ketentuan bahwa nilai

ψ harus lebih kecil dari 1, telah terpenuhi.

(Coulson..p.475) e. Trial plate layout Digunakan plate type cartridge, dengan 50 mm unperforted strip mengelilingi pinggir plate dan 50 mm wide calming zones.

 Dari figure 11.32 Coulson ed 6 pada

Iw Dc

= 0,77

Di dapat nilai θC = 98º  Sudut subtended antara pinggir plate dengan unperforated strip (θ) θ

= 180 - θC

(Coulson..p.475)

= 180 – 98 = 82º

 Mean length, unperforated edge strips (Lm)

    180 

 Dc  hw x 3.14  Lm

= = 2,133 m

(Coulson..p.475)

305

 Area of unperforated edge strip (Aup) Aup Aup

= hw . Lm

(Couldson..p.475)

= 50 x 10-3 m x 2,133 m = 0,107 m2

 Mean length of calming zone (Lcz)

 C    2 

( Dc  hw) sin  Lcz

=

(Couldson..p.475)

= 1,125 m  Area of calming zone (Acz) Acz

= 2 (Lcz . hw)

(Coulson..p.475)

= 2 (1,125 m x 50 .10-3 m) = 0,113 m2  Total area perforated (Ap) Ap

= Aa – (Aup + Acz)

(Couldson..p.475)

= 1,417 m2 – (0,107 m2+ 0,113 m2) = 1,198 m2 Dari figure 11.33 Coulson ed 6 di dapat nilai Ip/dh = 2,5 untuk nilai Ah/Ap = 0.15 Nilai Ip/dh harus berada dalam range 2,5 – 4,0

(Couldson,p.465)

 Jumlah holes Area untuk 1 hole (Aoh)

Aoh

=

dh2 3,14 4 3,14

=

(Couldson,p.475)

(5 x103 ) 2 4

= 196,25 x 10-7 m2

Jumlah holes

=

Ah Aoh

(Couldson,p.475)

306

Jumlah holes

=

0,213 196,25 x 10-7

= 10.828,636 = 10.829 holes f. Ketebalan minimum kolom bagian atas. Ketebalan dinding bagian head, thead

t=

P.Da  Cc 2.S .E j  0.2.P

(Peters Tabel.4 Hal 537)

Ketebalan dinding bagian silinder, tsilinder

t=

P.ri  Cc S .E j  0.6.P


Keterangan : t

= tebal dinding,

P

= tekanan desain, =1,25 atm

D

= diameter, = 1,541 m

r

= jari-jari, m = 0,771 m

S

= tekanan kerja yang diizinkan, = 932,226atm (untuk material carbon steel suhu -20 hingga 650oF)

E

= efisiensi pengelasan = 0,85 (spot examined)

Cc = korosi yang diizinkan, m = 31,5 x 10-4 m Tebal dinding silinder :

t

= =

P  r  CC S  E - 0.6  P

4,366 x 10-3 m

307

Tebal dinding ellipsoidal head :

t

=

P  D  CC 2 S  E - 0 .2  P

= 4,367 x 10-3m Sehingga : OD = ID + 2tsilinder = 1,649 m + 2 (4,367 x 10-3m) = 1,550 m D. Desain kolom bagian bawah (Striping section) a. Data fisik untuk striping section

q

F

= 48.129,900 kg/jam

L

= 6.454,825

V

= 45.618,555 kg/jam

kg/jam

= 1

 L'  L  F

q

=

V’

=

L’

= F + L

(Treyball, Eq.9.126)

V  ( q 1 ) F


= 48.129,900 kg/jam + 6.454,825kg/jam = 54.584,725 kg/jam = 15,162 kg/det V’

= V = 45.618,555kg/jam = 12,672 kg/det Data Fisik Mass Flow rate (kg/det)

Vapour 12,672

Liquid 15,162

Density (kg/m3)

4,054

986,274


3,126

0,015 0,058

308

b. Diameter kolom  Liquid –Vapour Flow Factor (FLV)

FLV =

V L

LW VW

(Couldson. Eq.11.82)

54.584,725 kg/jam 45.618,555 kg/jam

4,054 986,274

FLV = = 0,076 Ditentukan tray spacing = 0,5 m (asumsi dipilih sesuai dengan rekomendasi pada buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson, p. 556 sebagai initial estimate)  Dari figure 11.27 buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson didapat nilai konstanta K1 = 0,09  Koreksi untuk tegangan permukaan

     0,02  

K1*

=

=

0, 2

 0,058     0,02 

K1 0, 2

x0,09

= 0,111 Kecepatan Flooding (uf ) K1 *

uf =

 L  V V

(Coulson. Eq.11.81)

= 1,736 m/s 

u

 Desain untuk 85 % flooding pada maksimum flow rate ( ) 

u

= 0,85 . uf

= 0,85 x 1,736 m/s = 1,475 m/s

(Coulson. p.472)

309

 Maksimum volumetric flow rate (Uv maks)

Uv maks =

V  V . 3600

(Coulson. p.472)

45.618,555 kg/jam 4,054kg / m3 . 3.600 = = 3,126 m3/s  Net area yang dibutuhkan (An) U V maks 

An =

u

(Coulson. p.472)

3,126 m3 / s 1,475 m / s = = 2,119 m2  Cross section area dengan 12 % downcormer area (Ac) Asumsi diambil sebesar 12 % berdasarkan rekomendasi pada buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson, p. 568

Ac =

=

An 1 0,12

(Coulson. p.472)

2,119 m 2 1  0,12

= 2,408 m2  Diameter kolom (Dc)

Dc =

4 Ac 3.14 4 (2,408 m 2 ) 3,14

= = 1,751 m

(J M.Couldson. p.472)

310

c. Desain plate  Diameter kolom (Dc)

= 1,751 m

 Luas area kolom (Ac)

Ac =

=

Dc 2 .x3,14 4

(Coulson. p.473)

(1,751 ) 2 .x3,14 4

= 2,408 m2  Downcomer area (Ad) Ad = persen downcomer x Ac

(Coulson. p.473)

= 0,12 (2,408 m2) = 0,289 m2  Net area (An) An = Ac – Ad = 2,408m2 – 0,289 m2 = 2,119 m2  Active area (Aa) Aa

= Ac – 2 Ad

(Coulson. p.473)

= 2,408 m2 – 2 (0,289 m2) = 1,830 m2  Hole area (Ah) ditetapkan 15% dari Aa berdasarkan rekomendasi pada buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson, p. 568 Ah = 15 % . Aa = 0,15 x 1,830 m2 = 0,274 m2  Nilai weir length (Iw) ditentukan dari figure 11.31, Coulson ed 6

Ordinat

Absis

=

=

Ad x 100 Ac Iw Dc

= 0,77

= 12

311

Sehingga : Iw

= Dc x 0,77 = 1,771m x 0,77 = 1,348 m

 Penentuan nilai weir height (hw) , hole diameter (dh), dan plate thickness, (nilai ini sama untuk kolom atas dan kolom bawah) Weir height (hw)

= 50 mm

(Coulson. p.571)

Hole diameter (dh)

= 5 mm

(Coulson. p.573)

Plate thickness

= 5 mm

(Coulson. p.573)

d. Pengecekan Check weeping  Maximum liquid rate (Lm,max)

Lm,max

=

=

L 3600

(Coulson. p.473)

54.584,725 kg/jam 3.600

= 15,162 kg/det  Minimum liqiud rate (Lm,min) Minimum liquid rate pada 70 % liquid turn down ratio Lm,min

= 0,7 Lm, max

(Coulson. p.473)

= 0,7 (15,162 kg/det) = 10,614 kg/det  Weir liquid crest (how)

how=

 Lm  750     l Iw 

how,maks

2

3

(Coulson. Eq.11.85)

=

 Lm, maks  750     l Iw 

2

3

312



=

 15,162 Kg / det 750   3  986,274 Kg / m 1,348 

2

3

= 37,991 mm liquid

how,min

=

 Lm, min  750     l Iw 

2

3



=

10,614 Kg / det  750   3  986,274 Kg / m 1,348 

2

3

= 29,951 mm liquid Pada rate minimum hw + how

= 50 mm + 29,951 mm = 79,951 mm

Dari figure 11.30 Coulson ed 6 K2

= 30,7


Ŭh

=

 K 2  0,90  25,4  dh   V  12

(Coulson. Eq.11.84)

30,70  0,90  25,4  5x10  3

 4,054  12

=

= 3,896 m/s  Actual minimum vapour velocity (Uv,min actual)

Uv,min actual

=

=


(Coulson..Eq.11.84)

0,7 x 3,126 0,183

= 11,958 m/s  Jadi minimum operating rate harus berada di atas nilai weep point.

313

Plate pressure drop  Jumlah maksimum vapour yang melewati holes (Ǚh) Uv, maks Ah

Ǚh =

(Couldson,p.473)

3,126 0,274

=


Plate thicness hole diameter = 1 Ah Ap Ah Ap

=

Ah Aa

x 100

= 0,15

= 15




2





Uh   Co 

51  hd =







hr =

=

12,5 .x103 L 12,5 .x103 986,274

= 12,674 mm liquid  Total pressure drop (ht)

(Coulson..Eq.11.89)

314

ht = hd + (hw + how) + hr (Coulson..p.474) = 86,698 mm + 79,951 mm + 12,674 mm = 179,322 mm liquid Ketentuan bahwa nilai ht harus lebih besar dari 100 mm liquid telah terpenuhi. (Coulson,p.474) Downcomer liquid backup  Downcomer pressure loss (hap) hap = hw – 10 mm

(Coulson..p.477)

= 50 – 10 = 40 mm  Area under apron (Aap) Aap = hap . Iw

(Coulson..p.474)

= 40 x 10-3 m x 1,348 m = 0,054 m2 Karena nilai Aap lebih kecil dari nilai Ad (0,289 m 2), maka nilai Aap yang digunakan pada perhitungan head loss di downcomer (hdc)  Head loss in the downcomer (hdc)

hdc=

 Lm, max  166     L Aap 

2

(Coulson..Eq.11.92)

= 13,484 mm  Back up di downcomer (hb) hb = (hw + how) + ht + hdc

(Coulson..p.474)

= 79,951 mm + 179,322 mm + 13,484 mm = 272,757 mm = 0,272 m hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir height)/2 (plate spacing + weir height)/2

= 0,275 m,

Ketentuan bahwa nilai hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir height)/2, telah terpenuhi. (Couldson,p.474) Check resident time (tr)

315

tr =


(Coulson..Eq.11.95)

= 5,126 s Ketentuan bahwa nilai tr harus lebih besar dari 3 s , telah terpenuhi Check Entrainment  Persen flooding actual.

uv =

=

Uv maks An

(Coulson..p.474)

3,126 2,119

= 1,475 m/s

% flooding

=

uv x 100 uf

(Coulson..p.474)

= 85  Untuk nilai FLV = 0,076 dari figure 11.29 Coulson ed 6 Didapat nilai ψ = 0,05 Ketentuan bahwa nilai ψ harus lebih kecil dari 1, telah terpenuhi. (Coulson..p.475) e. Trial plate layout Digunakan plate type cartridge, dengan 50 mm unperforted strip mengelilingi pinggir plate dan 50 mm wide calming zones.


Iw Dc

= 0,77

Di dapat nilai θC = 98 ºC  Sudut subtended antara pinggir plate dengan unperforated strip (θ) θ

= 180 - θC

(Coulson..p.475)

= 180 – 98 = 82º  Mean length, unperforated edge strips (Lm)

316

    180 

 Dc  hw x 3,14  Lm

=

(Coulson..p.475)

= 2,434 m  Area of unperforated edge strip (Aup) Aup

= hw . Lm

(Coulson..p.475)

= 50 x 10-3 m x 2,434 m = 0,122 m2  Mean length of calming zone (Lcz) Lcz

=

 C    2 

( Dc  hw) sin 

(Coulson..p.475) = 1,284 m

 Area of calming zone (Acz) Acz

= 2 (Lcz . hw)

(Coulson..p.475)



(Couldson..p.475)

= 1,830 m2 – (0,122 m2+ 0,128 m2) = 1,580 m2 Dari figure 11.33 Coulson ed 6 di dapat nilai Ip/dh = 2,8 untuk nilai Ah/Ap = 0,116 Nilai Ip/dh harus berada dalam range 2,5 – 4,0

(Coulson..p.465)


Aoh

=

dh2 3,14 4

(Coulson..p.475)

317

3,14 =

(5 x103 ) 2 4

= 1,963 x 10-5m2

Jumlah holes

=

=

Ah Aoh

(Coulson..p.475)

0,183 1,963 x 10-5

= 9.323,756 = 9.324 holes f. Ketebalan minimum kolom bagian bawah. Ketebalan dinding bagian head, thead

t=

P.Da  Cc 2.S .E j  0.2.P

(PetersTabel.4 Hal 537)


t=

P.ri  Cc S .E j  0.6.P


Keterangan : t

= tebal dinding, m

P

= tekanan desain, atm =1,5 atm

D

= diameter, m = 1,751 m

r


S

= tekanan kerja yang diizinkan, psi = 932,226 atm (untuk material carbon steel suhu -20 hingga 650oF)

E


Cc

= korosi yang diizinkan, in

318

= 3.2 x 10-3 m Tebal dinding silinder :

T

P  r  CC S  E - 0.6  P

=

= 4,858 x 10-3 m Tebal dinding ellipsoidal head :

t

=

P  D  CC 2 S  E - 0 .2  P

4,859 x 10-3 m

=

Sehingga : OD = ID + 2tsilinder = 1,751 m + 2 (4,859 x 10-3m) = 1,761 m E.

Tinggi kolom destilasi H = (Ns x tray spacing) +3,084 = (6 x 0,5) + 3,084 = 6,044 m He = tinggi tutup ellipsoidal = ¼ x ID = ¼ x 1,541 = 0,385 He = tinggi tutup ellipsoidal = ¼ x ID = ¼ x 1,751 m = 0,438 m Ht = H + He atas + He bawah = 6,044 m + 0,385 m + 0,438 m = 6,867 m

319

IDENTIFIKASI Nama Alat Alat Kode Jenis Jumlah Operasi

Kolom destilasi KD-01 Sieve Tray Column 1 buah Kontinyu Untuk memperoleh produk utama Metanol

Fungsi

dengan kemurnian 78 % DATA DESIGN Top

Tekanan Temperatur

1,2 84,68

Bottom atm o C

1,5 99

atm o C

KOLOM Top

Bottom

Diameter Tray spacing

1,541 0,5

m m

1,751 0,5

Jumlah tray

2

buah

4

Tebal Material

4,366 x 10-3

m 4,858 x 10-3 Carbon steel

m m bua h m

PLATE

Downcomer area Active area Hole Diameter Hole area Tinggi weir Panjang weir Tebal pelat Pressure drop per tray Tipe aliran cairan Desain % flooding Jumlah hole

Top m2 m2 mm m2 mm m mm

Bottom 0,224 0,289 m2 1,417 1,830 m2 5 5 mm 0,213 0,183 m2 50 50 mm 1,186 1,348 m 5 5 m mm 106,466 mm liquid 179,322 liquid Single Single 85 % 85 % 10.829 buah 9.324 buah

12. KOLOM DISTILASI – 02 (KD – 02) Fungsi

: Memurnikan metanol sebagai produk utama dari komponen lain

320

Tipe

: Sieve Tray Tower

Gambar

:

A. Menentukan kondisi operasi. Dengan Trial and Error, didapatkan kondisi operasi : Feed P =

1,1 atm = 836,006 mmHg

T = 74,53 oC

= 347,681 K


Pi (atm) 1,465 0,373

Xi 0,666 0,334 1,000

Ki = Pi / P 1,332 0,339

Yi=Xi . Ki 0,887 0,113 1,000

Top P = 1,04atm

= 790,405 mmHg

T = 66,062 oC

= 339,212 K

Komposisi : Komponen CH3OH H2O

Kmol/jam 949,554 6,783

Yi 0,993 0,007

Ki = Pi / P 1,022 0,249

Xi = Yi / Ki 0,972 0,028

321

Total

956,337

1.000

1,000

Bottom P = 1,15 atm

= 874,006 mmHg

T = 99 oC

= 372,15 K


kmol/jam 3,791 471,479 475,270

Xi 0,008 0,992 1,000

Ki = Pi / P 3,446 0,981

Yi = Xi.Ki 0,027 0,973 1,000

B. Desain Kolom Destilasi Metode Grafik 5.

Data kesetimbangan Uap-Cair untuk Air dan Metanol pada 1 atm Vapor Liquid Equilibrium untuk sistem Air – Metanol :



B    T  C 

Persamaan Antoine : ln Pi = A -

, dimana P = mmHg, T = oK

Komposisi x : sat

P−P x 1= sat 2 sat P1 −P2 (Eq. 10.2, J.M.Smith, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics)

Komposisi y : y 1=

x1 Psat 1 P (Eq. 10.1, J.M.Smith, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics)

Perhitungan Nilai T1 Sat dan T2 Sat : T 1sat =

B −C A−ln P

T 2sat =

B −C A−ln P

322

( ( )) P=10 A−

B C+T

dimana P = mmHg, T = oK Data Grafik Kesetimbangan Campuran Metanol - Air T1 Saturated

= 66,949ºC

T2 Saturated

= 102,695ºC

T (K) 340.099 343.099 346.099 349.099 352.099 355.099 358.099 361.099 364.099 367.099 370.099 373.099 375.845

Pa (mmHg) (metanol) 836.000 938.079 1050.292 1173.398 1308.193 1455.510 1616.217 1791.221 1981.464 2187.928 2411.631 2653.627 2892.084

Pb (mmHg) (air) 204.618 233.293 265.289 300.907 340.465 384.300 432.770 486.252 545.143 609.861 680.847 758.562 836.000

x

y

1.000 0.855 0.727 0.613 0.512 0.422 0.341 0.268 0.203 0.143 0.090 0.041 0.000

1.000 0.960 0.913 0.861 0.801 0.734 0.659 0.574 0.480 0.375 0.259 0.130 0.000

(Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics,Sixth Ed., J.M. Smith dkk.. Pg.345)

Grafik X vs Y

323

1.200 1.000 0.800

Y

0.600 " 0.400 0.200 0.000 0.000

0.200

0.400

0.600 X

2. Mencari rasio refluk minimum Dari grafik Mc. Cabe and Thiele didapat nilai : XD R m+ 1

XD XD =¿ Rm  1 R m+ 1 = 0,76

Rm +1 = 1,306 Rm 6.

= 0,306

Mencari rasio refluks actual R

= 1,5 x Rm

R

= 1,5 x 0,306

R

= 0,460

XD R 1

= 0,680

T top

= 66,062ºC

T bottom

= 99

ºC

0.800

1.000

1.200

324



Temperatur rata-rata Ttop +Tbottom 2

Tavg

=

Tavg

= 82,531 ºC

Ttop  Tbottom 2

Dari grafik Mc. Cabe and Thiele didapatkan stage teoritis (Nt) = 8 stages 7.

Efisiensi Tray Komponen CH3OH H2O Total

XF 0,666 0,334 1,000

μ (Ns/m2) 0,270 0,336

XF .μ = μa 0,180 0,112 0,292

Relative volatility (α) = 4,11 Maka, dengan metode O’Connel Correlation (JM. Coulson Vol. 6) : Eo = 51 - [32,5 log (μa . αa)] Eo = 51 – (32,5 log (0,292 x 4,11)) = 48,456 % ≈ 48 % Maka, tray aktual (Ns), termasuk 1 tray reboiler : Ns = (Nt-1) / Eo = (8-1) / 48% = 14 stages 8. Menentukan Stage Umpan Masuk Dari grafik Mc. Cabe and Thiele diketahui bahwa stage umpan terletak pada stage keseimbangan dari top KD, jadi : Sr Sm

=3 = Nt - 1 =7 Sm = Sr + Ss Ss =4 Jadi umpan masuk pada stage keempat C. Desain kolom bagian atas (Rectifying section) a. Data fisik untuk rectifying section D

= 30.548,439kg/jam

L

= R.D = 0,460 x (30.548,439kg/jam) = 14.042,688 kg/jam

325

= 3,901 kg/det V

= L+D = 14.042,688 kg/jam + 30.548,439kg/jam = 44.591,127 kg/jam = 12,386 kg/det


Vapour 12,386

Liquid 3,901

Density (kg/m3)

6,328

743,6


1,957

0,005 0,035

b. Diameter kolom a. Liquid –Vapour Flow Factor (FLV)

FLV

LW VW

=

V L

14.042,688 Kg/jam 44.591,127 Kg/jam

(Coulson. Eq.11.82) 6,328 743,6

= = 0,029 Ditentukan tray spacing = 0,5 m (asumsi dipilih sesuai dengan rekomendasi pada buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson, p. 556 sebagai initial estimate) b. Sehingga dari grafik 11.27 buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson didapat nilai konstanta K1 = 0,1 c. Koreksi untuk tegangan permukaan

     0,02  

K1*

=

=

 0,035     0,02 

0, 2

0, 2

0,1

= 0,112 d. Kecepatan Flooding (uf )

K1

326

K1 *

uf =

 L  V V

(Coulson.

Eq.11.81)

743,6  6,328 6,328 = 0,112 = 1,207 m/s 

u

e. Desain untuk 85 % flooding pada maksimum flow rate ( ) 

u

= 0,85 . uf

(Coulson. p.472)

= 0,85 x1,207 m/s

= 1,026 m/s

Maksimum volumetric flow rate (Uv maks)

Uv maks

=

=

V V . 3600

(Coulson. p.472)

44.591,127 kg/jam 6,328 Kg / m 3 . 3.600

= 1,957 m3/s f. Net area yang dibutuhkan (An) U V maks 

An =

=

u

(Coulson. p.472)

1,957 m 3 / s 1,026 m / s

= 1,908 m2 g. Cross sectional area dengan 12 % downcomer area (Ac) Asumsi diambil sebesar 12 % berdasarkan rekomendasi pada buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson, p. 568

Ac =

An 1  0.12

(Coulson. p.472)

327

=

1,908 m 2 1  0,12

= 2,168 m2

h. Diameter kolom (Dc)

4 Ac 3,14 Dc =

(Coulson. p.472)

4 (2,168 m 2 ) 3,14 = = 1,662 c. Desain plate a. Diameter kolom (Dc) = 1,662 m b. Luas area kolom (Ac)

Ac =

=

Dc 2 .x3,14 4

(Coulson. p.473)

(1,662) 2 x3,14 4

= 2,168 m2 c. Downcomer area (Ad) Ad = persen downcomer x Ac

(Coulson. p.473)

= 0,12 (2,168 m2) = 0,260 m2 d. Net area (An) An = Ac – Ad = 2,168m2–0,260 m2 = 1,908 m2 e. Active area (Aa) Aa = Ac – 2 Ad = 2,168m2 – 2 (0,260m2) = 1,647 m2

(Coulson. p.473)

328

f. Hole area (Ah) ditetapkan 10 % dari Aa berdasarkan rekomendasi pada buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson, p. 568 Ah = 10 % . Aa = 0,1 (1,647 m2) = 0,165 m2 g. Nilai weir length (Iw) ditentukan dari figure 11.31, Coulson vol 6

Ordinat

Absis

Ad x 100 Ac

=

=

Iw Dc

=

0,260 m 2 100 2,168 m 2

= 12

= 0,77

Sehingga : Iw

= Dc x 0,77 = 1,662m x 0,77 = 1,279 m

h. Penentuan nilai weir height (hw), hole diameter (dh), dan plate thickness, (nilai ini sama untuk kolom atas dan kolom bawah) i. Weir height (hw)

= 50 mm

nilai weir height direkomendasikan pada buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson, p. 571 ii. Hole diameter (dh)

= 5 mm

ukuran tersebut merupakan preferred size sesuai rekomendasi pada buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson, p. 573 iii. Plate thickness

= 5 mm (untuk carbon steel)


Lm,max

=

L 3.600

= 3,901kg/det  Minimum liqiud rate (Lm,min)

=

14.042,688 kg/jam 3.600

(Coulson. p.473)

329

Minimum liquid rate pada 70 % liquid turn down ratio Lm,min

= 0,7 x Lm,

(Coulson. p.473)

= 0,7 x (3,901kg/det) = 2,731 kg/det

 Weir liquid crest (how)



how

how,maks

=

=

Lm  750     l Iw 

2

3

(Coulson. Eq.11.85)

 Lm, maks  750     l Iw 

2

3



=

 3,901 Kg / det 750   3  743,6 Kg / m x 1,279 m 

2

3

= 19,212 mm liquid

how,min

=

 Lm, min  750     l Iw 

2

3



=

 2,731 Kg / det 750   3  743,6 Kg / m  1,279 m 

= 15,146 mm liquid Pada rate minimum hw + how

= 50 mm + 15,146 mm = 65,146 mm

Dari figure 11.30 Coulson ed 6 K2

= 30,5

2

3

330


Ŭh

=

 K 2  0,90  25,4  dh   V  12

(Coulson. Eq.11.84)


Uv,min actual

=

=



0,7 x1,957 0,165


Ǚh =

Ǚh =

Uv, maks Ah

(Coulson..p.473)

1,957 0,165


Plate thickness hole diameter = 1 Ah Ap Ah Ap

x 100

=

Ah Aa

= 10

= 0,1

331




hd =





2

Uh  51   Co   



hr =

=

12,5 x103 L

(Coulson..Eq.11.89)

12,5 x 10 3 743,6

= 16,810 mm liquid  Total pressure drop (ht) ht = hd + (hw + how) + hr


= 86,834+ 65,146 + 16,810 ht = 168,790 mm liquid Ketentuan bahwa nilai ht harus lebih besar dari 100 mm liquid telah terpenuhi. (Coulson, p.474) Downcomer liquid backup  Downcomer pressure loss (hap) Hap

= hw – (10 mm)

(Coulson..p.577)

= (50 – 10) mm = 40 mm  Area under apron (Aap) Aap

= hap . Iw(J.M.Couldson..p.474) = 40 x 10-3 x 1,279m = 0,051 m2

Karena nilai Aap lebih kecil dari nilai Ad (0,260 m 2), maka nilai Aap yang digunakan pada perhitungan head loss di downcomer (hdc)

332

 Head loss in the downcomer (hdc)

Hdc=

 Lm, max  166     L Aap 

2

(Coulson..Eq.11.92)


(Coulson..p.474)

= 65,146 + 168,790+ 1,743 = 235,680 mm = 0,236 m hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir height)/2 (plate spacing + weir height)/2

= 0,275 m,

Ketentuan bahwa nilai hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir height)/2, telah terpenuhi. (Coulson..p.474) Check resident time (tr)

tr =



= 11,687 s Ketentuan bahwa nilai tr harus lebih besar dari 3 s , telah terpenuhi. Check Entrainment  Persen flooding actual.

uv =

uv =

Uv maks An

(Couldson..p.474)

1,957 1,907

= 1,026 m/s

uv x100 uf % flooding

=

(Coulson..p.474)

333

= 85 %  Untuk nilai FLV = 0,029 dari figure 11.29 Coulson ed 6 Didapat nilai ψ = 0,14 Ketentuan bahwa nilai




Iw Dc

= 0,77

Di dapat nilai θC = 98º  Sudut subtended antara pinggir plate dengan unperforated strip (θ) θ

= 180 - θC

(Coulson..p.475)


    180 

 Dc  hw x 3.14  Lm

=

(Coulson..p.475)


= hw . Lm

Aup

= 50 x 10-3m x 2,305 m

(Couldson..p.475)

= 0,115 m2  Mean length of calming zone (Lcz) Lcz

=

 C    2 


(Couldson..p.475)

334

= 1,216 m  Area of calming zone (Acz) Acz

= 2 (Lcz . hw)

(Coulson..p.475)



(Couldson..p.475)

= 1,647m2– (0,115 m2+ 0,122 m2) = 1,410 m2 Dari figure 11.33 Coulson ed 6 di dapat nilai Ip/dh = 2.8 untuk nilai Ah/Ap = 0.117 Nilai Ip/dh harus berada dalam range 2.5 – 4.0

(Couldson..p.465)


Aoh

=

dh 2 3,14 4 3,14

=

(Couldson..p.475)

(5 x103 ) 2 4

= 196.25 x 10-7m2

Jumlah holes

=

Jumlah holes

=

Ah Aoh

(Couldson..p.475)

0,165 196,25 x 10 -7

= 8.394,475 = 8.394 holes f. Ketebalan minimum kolom bagian atas. Ketebalan dinding bagian head, thead

t=

P.Da  Cc 2.S .E j  0.2.P


335


t=

P.ri  Cc S .E j  0.6.P


Keterangan : t

= tebal dinding,

P

= tekanan desain, =1,05 atm

D

= diameter, = 1,662 m

r


S

= tekanan kerja yang diizinkan, =

932,226atm (untuk material carbon steel suhu -20 hingga

650oF) E


Cc

= korosi yang diizinkan, m = 31,5 x 10-4 m

Tebal dinding silinder :

t

= =

P  r  CC S  E - 0.6  P

4,251 x 10-3m


t

=

P  D  CC 2 S  E - 0 .2  P

= 4,252 x 10-3m Sehingga : OD = ID + 2tsilinder = 1,662 m + 2 (4,252 x 10-3m) = 1,670 m D. Desain kolom bagian bawah (Striping section)

336

a. Data fisik untuk striping section F

= 39.163,731 kg/jam

L

= 14.042,688 kg/jam

V

= 44.591,127 kg/jam

q

= 1

 L'  L  F

q

=

V’

=

L’

= F + L


V  ( q 1 ) F


= 39.163,731kg/jam + 14.042,688kg/jam = 53.206,418 kg/jam = 14,780 kg/det V’

= V = 44.591,127kg/jam = 12,386 kg/det


Vapour 12,386

Liquid 14,780

Density (kg/m3)

6,074

997,263


2,039

0,015 0,023

b. Diameter kolom a. Liquid –Vapour Flow Factor (FLV)

FLV =

LW VW

V L

53.206,418 kg/jam 44.591,127 kg/jam

(Couldson. Eq.11.82) 6,074 997,263

FLV = = 0,093 Ditentukan tray spacing = 0,5 m (asumsi dipilih sesuai dengan rekomendasi pada buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson, p. 556 sebagai initial estimate)

337

b. Dari figure 11.27 buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson didapat nilai konstanta K1 = 0,091 c. Koreksi untuk tegangan permukaan 0, 2

     0,02  

K1*

=

=

K1 0, 2

 0,023     0,02 

x0,091

= 0,094 Kecepatan Flooding (uf ) K1 *

uf =

 L  V V

(Coulson. Eq.11.81)

= 1,198 m/s 

u

d. Desain untuk 85 % flooding pada maksimum flow rate ( ) 

u

= 0,85 . uf

(Coulson. p.472)

= 0,85 x1,198 m/s = 1,018 m/s e. Maksimum volumetric flow rate (Uv maks)

Uv maks

=

=

V  V . 3600

(Coulson. p.472)

44.591,127 kg/jam 6,074kg / m 3 . 3.600

= 2,039 m3/s f. Net area yang dibutuhkan (An) U V maks 

An =

u

(Coulson. p.472)

338

2,039 m 3 / s 1,018 m / s = = 2,003 m2 g. Cross section area dengan 12 % downcormer area (Ac) Asumsi diambil sebesar 12 % berdasarkan rekomendasi pada buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson, p. 568

Ac =

=

An 1 0,12

(Coulson. p.472)

2,003 m 2 1  0,12

= 2,277 m2 h. Diameter kolom (Dc)

Dc =

4 Ac 3.14

(J M.Couldson. p.472)

4 (2,277 m 2 ) 3,14 = = 1,703 m c. Desain plate a. Diameter kolom (Dc)

= 1,703 m

b. Luas area kolom (Ac)

Ac =

=

Dc 2 .x3,14 4 (1,703 ) 2 .x3,14 4

= 2,277 m2 c. Downcomer area (Ad)

(Coulson. p.473)

339

Ad = persen downcomer x Ac

(Coulson. p.473)

= 0,12 x (2,277 m2) = 0,273 m2 d. Net area (An) An = Ac – Ad = 2,277m2–0,273 m2 = 2,003 m2 e. Active area (Aa) Aa

= Ac – 2 Ad

(Coulson. p.473)

= 2,277m2 – 2 (0,273 m2) = 1,730 m2 f. Hole area (Ah) ditetapkan 10% dari Aa berdasarkan rekomendasi pada buku Chemical Engineering, vol. 6, Coulson, p. 568 Ah = 10 % . Aa = 0,1 x1,730 m2 = 0,173 m2 g. Nilai weir length (Iw) ditentukan dari figure 11.31, Coulson ed 6

Ordinat

Absis

=

=

Ad x 100 Ac Iw Dc

= 12

= 0,77

Sehingga : Iw

= Dc x 0,77 = 1,703m x 0,77 = 1,311 m

h. Penentuan nilai weir height (hw) , hole diameter (dh), dan plate thickness, (nilai ini sama untuk kolom atas dan kolom bawah) Weir height (hw)

= 50 mm

(Coulson. p.571)

Hole diameter (dh)

= 5 mm

(Coulson. p.573)

Plate thickness

= 5 mm

(Coulson. p.573)

340


Lm,max

=

=

L 3600

(Coulson. p.473)

53.206,418 kg/jam 3.600

= 14,780 kg/det  Minimum liqiud rate (Lm,min) Minimum liquid rate pada 70 % liquid turn down ratio Lm,min

= 0,7 Lm, max (Coulson. p.473) = 0,7 (14,780 kg/det) = 10,346 kg/det

 Weir liquid crest (how)



how

how,maks

=

=

Lm  750     l Iw 

2

3

(Coulson. Eq.11.85)

 Lm, maks  750     l Iw 

2

3



=

14,780 Kg / det  750   3  997,263 Kg / m 1,311 

2

3

= 37,771 mm liquid

how,min

=

 Lm, min  750     l Iw 

2

3



=

 10,346 Kg / det 750   3  997,263 Kg / m 1,311 

= 29,778 mm liquid

2

3

341

Pada rate minimum hw + how

= 50 mm + 29,778 mm = 79,778 mm

Dari figure 11.30 Coulson ed 6 K2 = 30,7  Minimum design vapour velocity (ŭh)

Ŭh =

 K 2  0,90  25,4  dh  1  V  2

(Coulson. Eq.11.84)

30,70  0,90  25,4  5x10  3

 6,074  12

=


Uv,min actual

=

=


(Coulson..Eq.11.84)

0,7 x 2,039 0,173


Ǚh =

=

Uv, maks Ah

(Couldson..p.473)

2,039 0,173


Plate thicness hole diameter = 1

342

Ah Ap Ah Ap

=

Ah Aa

= 0,1

x 100

= 10




hd =





2

Uh  51   Co   

V L Coulson..Eq.11.88)


hr =

=

12,5 .x103 L

(Coulson..Eq.11.89)

12,5 .x10 3 997,263

= 12,534 mm liquid  Total pressure drop (ht) ht = hd + (hw + how) + hr (Coulson..p.474) = 61,153 mm + 79,778 mm + 12,534 mm = 153,465 mm liquid Ketentuan bahwa nilai ht harus lebih besar dari 100 mm liquid telah terpenuhi. (Coulson..p.474) Downcomer liquid backup  Downcomer pressure loss (hap) Hap

= hw – 10 mm = 50 – 10 = 40 mm

 Area under apron (Aap)

(Coulson..p.477)

343

Aap

= hap . Iw

(Coulson..p.474)

= 40 x 10-3 m x1,311 m = 0,052 m2 Karena nilai Aap lebih kecil dari nilai Ad (0,273 m 2), maka nilai Aap yang digunakan pada perhitungan head loss di downcomer (hdc)  Head loss in the downcomer (hdc)

Hdc

=

 Lm, max  166     L Aap 

2

(Coulson..Eq.11.92)


(Coulson..p.474)

= 79,778 mm + 153,465 mm + 13,252mm = 246,495mm = 0,246m hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir height)/2 (plate spacing + weir height)/2

= 0,275 m,

Ketentuan bahwa nilai hb harus lebih kecil dari (plate spacing + weir height)/2, telah terpenuhi.

(Coulson..p.474)

Check resident time (tr)

tr =


(Coulson..Eq.11.95)

= 4,544 s Ketentuan bahwa nilai tr harus lebih besar dari 3 s , telah terpenuhi Check Entrainment  Persen flooding actual.

uv =

=

Uv maks An 2,039 2,003

= 1,018 m/s

(Coulson..p.474)

344

% flooding

=

uv x 100 uf

(Coulson..p.474)

= 85  Untuk nilai FLV = 0,093 dari figure 11.29 Coulson ed 6 Didapat nilai ψ = 0,04 Ketentuan bahwa nilai




Iw Dc

= 0,77

Di dapat nilai θC = 98 ºC  Sudut subtended antara pinggir plate dengan unperforated strip (θ) θ

= 180 - θC

(Coulson..p.475)


    180 

 Dc  hw x 3,14  Lm

=

(Coulson..p.475)


= hw . Lm = 50 x 10-3m x2,364 m = 0,118 m2

 Mean length of calming zone (Lcz)

(Coulson..p.475)

345

Lcz

=

 C    2 


(Coulson..p.475) = 1,248 m

 Area of calming zone (Acz) Acz

= 2 (Lcz . hw)

(Coulson..p.475)

= 2 (1,248 m x 50 .10-3m) = 0,125 m2  Total area perforated (Ap) Ap


(Couldson..p.475)

= 1,730 m2– (0,118 m2+ 0,125 m2) = 1,487 m2 Dari figure 11.33 Coulson ed 6 di dapat nilai Ip/dh = 2,85 untuk nilai Ah/Ap = 0,116 Nilai Ip/dh harus berada dalam range 2,5 – 4,0

(Coulson..p.465)


Aoh

=

dh 2 3,14 4 3,14

=

(Coulson..p.475)

(5 x103 ) 2 4

= 1,963x 10-5m2

Jumlah holes

=

=

Ah Aoh 0,173 1,963 x 10 -5

= 8.816,408 = 8.816 holes

(Coulson..p.475)

346

f. Ketebalan minimum kolom bagian bawah. Ketebalan dinding bagian head, thead

t=

P.Da  Cc 2.S .E j  0.2.P



t=

P.ri  Cc S .E j  0.6.P


Keterangan : t

= tebal dinding, m

P

= tekanan desain, atm =1,2 atm

D

= diameter, m = 1,703 m

r


S

= tekanan kerja yang diizinkan, psi = 932,226 atm (untuk material carbon steel suhu -20 hingga 650oF)

E


Cc

= korosi yang diizinkan, in = 3.2 x 10-3 m

Tebal dinding silinder :

t

= =

P  r  CC S  E - 0 .6  P

4,490 x 10-3 m


347

t

= =

P  D  CC 2 S  E - 0 .2  P

4,491 x 10-3m

Sehingga : OD = ID + 2tsilinder = 1,703 m + 2 (4,491 x 10-3m) = 1,712 m E. Tinggi kolom destilasi H

= (Ns x tray spacing) +3,084 = (14 x 0,5) + 3,084 = 10,307 m

He

= tinggi tutup ellipsoidal = ¼ x ID = ¼ x 1,662 = 0,415 m

He

= tinggi tutup ellipsoidal = ¼ x ID = ¼ x 1,703 m = 0,426 m

Ht

= H + He atas + He bawah = 10,307m + 0,415 m + 0,426 m = 11,148 m

IDENTIFIKASI Nama Alat Alat Kode Jenis Jumlah Operasi Fungsi

Kolom destilasi KD-02 Sieve Tray Column 1 buah Kontinyu Untuk memperoleh produk utama Metanol dengan kemurnian 99,6 % DATA DESIGN

348

Top Tekanan Temperatur

1,2 84,68

Bottom atm o C

1,5 99

atm o C

KOLOM Top Diameter Tray spacing Jumlah tray Tebal Material

1,662 0,5 6 4,251 x 10-3

Bottom m 1,703 m 0,5 buah 8 m 4,490 x 10-3 Carbon steel

m m buah m

PLATE

Downcomer area Active area Hole Diameter Hole area Tinggi weir Panjang weir Tebal pelat Pressure drop per tray Tipe aliran cairan Desain % flooding Jumlah hole

Top m2 m2 mm m2 mm M mm

Bottom 0,260 0,273 m2 1,647 1,730 m2 5 5 mm 0,165 0,173 m2 50 50 mm 1,279 1,311 m 5 5 m mm 168,790 mm liquid 153,465 liquid Single Single 85 % 85 % 8394 buah 8.816 buah

13. KOMPRESOR-01 (K-01) Fungsi

:Untuk mengalirkan udara dan menaikkan tekanan udara yang akan masuk ke Heater-01(H-01)

Tipe

: Centifugal Compressor

Gambar

:

349

1. Data Laju alir massa (w) Densitas (ρ) k=

campuran cam−R

= 54.541,659kg/jam = 120.243,796 lb/jam = 2.004,063 lb/min = 7,552 kg/m³ = 0,472 lb/ft³ 31,016 = 31,016−8,314 = 1,366

2. Kondisi Operasi: Tekanan, Pin Pout Temperatur, Tin Faktor Keamanan

= 15 atm = 51 atm = 30°C = 10%

= 545,670 °R

3. Volumetric Flowrate,Q

Q

=


=

2.004, 063 lb / min 0, 472lb / ft 3

= 4.250,796 ft³/min 4. Power Kompressor (Pw)

Pw Dimana: K η P2 P1 Q

=

0.0643 kT Q1 520( k−1)η

[( )

= 1,366 = 80% = 51 atm = 15 atm = 4.675,876 ft3/min

P2 P1

(k−1)/k

−1

]

(Pers.8.30,Mc.Cabe)

350

Pw

=

0,0643 (1,366) (546) (4.675,876 )   51    520 (1,366  1) 0,80   15 

 1, 366  1 / 1, 366

= 571,202 Hp = 571 Hp 5. Rasio Kompresi, Rc Rc

= (Pout/Pin) =(51 atm/15 atm) = 3,4 Jumlah stage, N =1 Rc perstage = (Rc)1/N 1 /1 = ( 3,4 ) = 3,4 6. Pada Stage 1 Pi RC1 Maka: Po*

= 15 atm = (Po*/Pi) = Rc1 x Pi = 3,4 x 15 atm = 51 atm

Temperatur yang keluar dari Kompresor stage 1: ( K−1)/ K P2 T2 = T1 P (Pers. 12.30 Ludwig) 1

[ ]

= TinRc(K-1)/K (1,366−1)/ 1,366 = (30°C) x ( 3,4 )

= 41,647 °C 7. Kapasitas Kompressor Laju alir volumetrik = 4.250,796 ft3/min Faktor keamanan = 10% Maka: Kapasitas kompressor = (100% + 10%) × 4.250,796 ft3/min = 4.675,876 ft3/min IDENTIFIKASI Nama alat

Kompresor-01

  1 

351

Kode alat Jumlah Operasi

K-01 1 buah Kontinyu Untuk menaikkan tekanan gas sebelum masuk

Fungsi

reaktor-01 (R - 01) DATA DESIGN

Tipe Kapasitas, ft3/min Temperatur, oC Tekanan Masuk, atm Tekanan Keluar, atm Power, hp Jumlah stage Bahan konstruksi

Centrifugal Compressor 4.675,876 30 15 51 571 1 Carbon steel

14. KOMPRESOR-02 (K-02) Fungsi

: Untuk mengalirkan udara dan menaikkan tekanan udara yang akan masuk ke Pressure Swing Adsorber-01 (PSA-01)

Tipe

: Centrifugal Compressor

Gambar

:

1.

Data : Laju alir massa (w)

= 6411,758 kg/jam = 14135,509 lb/jam = 235,592 lb/min

Densitas ()

= 1,027 kg/m3

352

= 0,0641 lb/ft3

k = 2.

campuran cam  R

= 1,3655

Kondisi Operasi : Tekanan, Pin

= 2 atm

Pout Temperatur, Tin

= 21 atm = 300C

= 546 oR

Faktor Keamanan= 10% 3.

Volumetric Flowrate, Q

Q

=

=


235,592 lb/min 0,0641 lb/ft3

= 3.674,605 ft3/min

4.

Power Kompressor (Pw) 0,0643 k T Q1 520 (k  1) 

Pw

=

 P   2   P1 

( k  1) / k

  

Dimana : K

= 1,3655



= 0,80

P2

= 21 atm

P1

= 2 atm

Q

= 3.674,605ft3/min

  1 

(pers. 8.30, Mc. Cabe)

353

Pw

=

0,0643 (1,3655) (546) (3.674,605 )   21    520 (1,3655  1) 0,80   2 

 1,3655  1 / 1, 3655

  1 

= 1116,342 Hp = 1116 Hp 5.

Rasio Kompresi, Rc Rc

= (Pout / Pin) = (21 atm / 2 atm) = 10,5

Jumlah stage, N Rc perstage

6.

=2 = (Rc)1/N = 3,2404

Pada Stage 1 Pi

= 2 atm

RC1

= (Po* / Pi)

Maka : Po*

= Rc1 x Pi = 3,2404 x 2atm = 6,4807 atm

Temperatur yang keluar dari Kompresor stage 1 :

T2 = T1

 P2     p1 

( K 1) / K

= Tin Rc(K-1)/K = (30 oC) x (3,2404)(1,3655-1) / (1,3655 x 1) = 35,1124 oC = 554,87 ºR 7.

Pada Stage 2

(pers. 12.30 Ludwig)

354

Pi

= 6,4807 atm

RC2

= (Po* / Pi)

Maka : Po*

= Rc1 x Pi = 3,2404 x 6,4807atm = 21 atm

Temperatur yang keluar dari Kompresor stage 1 :

T3 = T2

 P3     p2 

( K 1) / KN

(pers. 12.30 Ludwig)

= Tin RcK-1/KN = (35,1124oC) x (3,2404)(1,3655-1) / (1,3655 x 1) = 41,0960oC = 565,64 ºR

8.

Kapasitas Kompressor Laju alir volumetrik

= 3.674,605 ft3/min

faktor keamanan

= 10%

maka : kapasitas kompresor

= (100% + 10%) x 3.674,605 ft3/min = 4.042,065 ft3/min IDENTIFIKASI

Nama alat Kode alat Jumlah Operasi Fungsi

Kompresor-02 K-02 1 buah Kontinyu Untuk menaikkan tekanan gas masuk ke pressure swing adsorber – 01 (PSA-01) DATA DESAIN

Tipe Kapasitas, ft3/min

Centrifugal Compressor 4.042,065

355

Temperatur, oC Tekanan Masuk, atm

30 2

Tekanan Keluar, atm Power, hp Jumlah stage Bahan konstruksi

21 1.116 2 Carbon Steel

15. POMPA (P-01) Fungsi

: Mengalirkan output bottom KOD-01 menuju kolom distilasi (KD-01)

Tipe

: Centrifugal pump

Bahan Konstruksi

: Carbon Steel

Gambar

:

Data Desain Temperatur, T

: 30C

Flowrate, ms

: 48.129,900 kg/jam = 106.108,285lb/jam

Densitas fluida, 

: 782,2kg/m3

= 48,786lb/ft3

Viskositas,

: 0,508

= 1,230lb/ft.hr

Tekanan uap, Puap

: 635,534mmHg = 12,289psi = 1769,642lbf/ft2

1. Kapasitas Pompa, Qf mf

= ms = 106.108,285 lb/jam = 1.768,471 lb/min

mf Qf

=



356

1.768,471 lb/min 48,768 lb/ft 3 = = 36,262 ft3/min = 0,6044 ft3/sec = 271,261 gal/min 2. Menentukan Ukuran Pipa Diameter Pipa Untuk aliran turbulent yang mempunyai range viskositas 0,02 – 20 maka digunakan rumus diameter dalam optimum pipa = 3,9 Qf 0,45 x 0,13

Dopt

….. Peter hal 256

= 3,9 x (0,6044ft3/sec)0,45 x(48,7687 lb/ft3) 0,13 = 5,1536 in Dari tabel 10-18 Properties of steel pipe, Perry's chemical Engineers' Handbook, hal 10-72 – 10-74, dimensi pipa yang digunakan adalah :  Untuk Suction Pipe IPS

: 5 in

= 0,4167 ft

SN

: 40

ID

: 5,047 in

= 0,4206 ft

OD

: 5,563 in

= 0,4636 ft

Ls

:4m

= 13,1234 ft

a”

: 0,139 ft2

= 20,0160 in2

 Untuk Discharge Pipe IPS

: 4 in

= 0,3333 ft

SN

: 40

ID

: 3,17 in

= 0,2642 ft

OD

: 4,5 in

= 0,3750 ft

Ld

: 10 m

= 32,8084 ft

a”

: 0,0513 ft2

= 7,3872 in2

357

3. Perhitungan Pada Suction a. Suction friction loss

Qf Suction velocity, Vs

=

a" 0,6044 ft 3 /sec 0,1390 ft 2

= = 4,3480 ft/sec = 15.652,839 ft/jam

 4,3480

ft/s  2 . 32,1740 ft.lb / lbf .s

V2 2 gc

2

= = 0,2938 ft. lbf/lb

Reynold Number, NRe

=

D .V .  

0,4206 ft.15.652,839 ft / jam . 48,768 lb / ft 3 1,2303 lb / ft. hr = = 260.955,014 Material yang digunakan untuk konstruksi pipa adalah “Commercial Steel Pipe” Dari figure 14-1. Fanning friction factors for long straight pipes. Peter, hal 482, diperoleh : Equivalent roughness,  = 0,00015 ft

 D

0,00015 ft 0,3355 ft = = 0,0004

358

Pada NRe = 260.955,014 an ε/D = 0,0004, dari figure 14-1. Fanning friction factors for long straight pipes. Peter, hal 482, diperoleh : fanning factor, f = 0,00685 b. Skin friction loss, Hfs

H



fs

2 f  L V 2 x D 2. g c

….Pers. pada Tabel 14-1, Peter hal 484

Equivalent length dari fitting dan valve diperoleh dari Tabel II.1

Alat

Industri Kimia, Prof. Dr. Ir. Syarifuddin Ismail, hal 35 : Elbow 90o std

: 32

Gate valve

:7

Tee

: 90

Jadi eq. length dari fitting dan valve

= 2 elbow 90o std + 1 gate valve + 0

tee = 2 (32) + 1 (7) + 0 (90) = 71 L

= Ls + (Lfitting . ID) = 13,1234 ft + (71 x 0,4206 ft) = 42,984 ft

Maka :

2 f  L V 2 H  x fs D 2. g c 2  0,00685  42,984 ft  0,2938 ft . lbf / lb 0,4206 ft = = 0,4114 ft. lbf/lb c. Sudden Contraction Friction Loss, Hfc

H

fc



Kc V 2  2α 2.gc

Dimana :

….Pers. pada Tabel 14-1, Peterhal 484

359

Kc = 0,4 (1,25 – A2 / A1) A1 = Luas penampang 1

(A1>>> A2)

A2 = Luas penampang 2,

= 0,1390 ft2

 = 1 untuk aliran turbulent A2/ A1 diabaikan karena luas A1 sangat besar dibandingkan dengan luas A2 Maka : Kc

= 0,4 (1,25) = 0,5

H

fc



0,5  0,2938 ft . lbf / lb 2 1

= 0,0734 ft. lbf/lb d. Fitting dan Valve Friction Loss, Hff

H

ff

Kf x

V2 2 gc

….Pers. II.7, Syarifuddin

Nilai Kf diperoleh dari Tabel II.2 Alat Industri Kimia, Prof. Dr. Ir. Syarifuddin Ismail, hal 35 : Elbow 90o std

: 0,9

Gate valve

: 0,2

Tee

: 1,8

Jadi nilai Kf

= 2 elbow 90o std + 1 gate valve + 0 tee = 2 (0,9) + 1 (0,2) + 0 (1,8) = 2,0

H

ff

Kf x

V2 2 gc

= 2,0 x 0,2938 ft . lbf/lb = 0,5876 ft . lbf/lb e. Total Suction Friction Loss, Hf suc Hf suc = Hfs + Hfc + Hff = (0,4114 + 0,0734 + 0,5876) ft . lbf/lb

360

= 1,0724 ft. lbf/lb

f.

Suction Head, Hsuc

Suction head, H suc :

Pa  Pb g Va 2  Vb 2   Za  Zb    Hf  gc 2 g

Za

= 2,0 m

= 6,5617 ft

Zb

=0m

= 0 ft (reference)

Static suction, Zs

= Za – Zb

= 6,5617 ft

g/gc

= 1 lbf/lb

Static suction, head, Hs

=

g  Za  Zb  gc

= 1 lbf/lb x 6,5617 ft = 6,5617 ft. lbf/lb Pressure head, Hp :

361

Pa

= 1,0 atm

= 14,6960 psi = 2.116,2168lbf/ft2

2.116,2168 lbf/ft 48,768 lb/ft 3

Pa 

2

= = 43,392ft. lbf/lb

Velocity head, Hv Va – Vb = 0 Hv

= 0 ft. lbf/lb

Maka : 2 2 Pa  Pb g   Za  Zb   Va  Vb  Hf  gc 2 g

Pb  Pb 

=

Pa 

+

g ( Za  Zb) gc

+

Va 2  Vb2 2 g

- Hf

= 43,3929ft. lbf/lb + 6,5617 ft. lbf/lb- 0 ft. lbf/lb

= 48,8822 ft. lbf/lb Pb = 48,8822 ft. lbf/lb x 48,768 lb/ft3 = 2.383,921 lbf/ft2 = 16,555psi g. Net Positive Suction Head (NPSH) Vapor Pressure Corection, Hp uap

Puap Hp uap =

 1.769,6428 lbf/ft 48,7687 lb/ft 3

2

= = 36,2864 ft . lbf/ lb

362

Total NPSH

= Hsuc - Hp uap = (48,8822- 36,2864) f t . lbf/ lb =12,5058 ft . lbf/ lb

4. Perhitungan Pada Discharge a. Discharge friction loss

Qf Discharge velocity, Vd =

a" 0,6044 ft 3 /sec 0,0513 ft 2

= = 11,7812 ft/sec = 42.412,1759 ft/jam

11,7812

ft/s  2 . 32,1740 ft.lb / lbf .s

V2 2 gc

2

= = 2,1570 ft. lbf/lb

Reynold Number, NRe

=

D .V .  

0,2642 ft. 42412,1759 ft/jam . 48,7687 lb / ft 3 1,2303lb / ft. hr = = 444.108,4536 Material yang digunakan untuk konstruksi pipa adalah “Commercial Steel Pipe” Dari figure 14-1. Fanning friction factors for long straight pipes. Peter, hal 482, diperoleh :Equivalent roughness,  = 0,00015 ft

 D

0,00015 ft 0,2557 ft =

363

= 0,0006 Pada NRe = 58292,8002dan ε/D = 0,0007, dari figure 14-1. Fanning friction factors for long straight pipes. Peter, hal 482, diperoleh : fanning factor, f = 0,0052 b. Skin friction loss, Hfs

H

fs



2 f  L V 2 x D 2. g c


Equivalent length dari fitting dan valve diperoleh dari Tabel II.1 Alat Industri Kimia, Prof. Dr. Ir. Syarifuddin Ismail, hal 35 : Elbow 90o std

: 32

Gate valve

:7

Jadi equivalent length dari fitting dan valve = 2 elbow 90o std + 1 gate valve = 2 (32) + 1 (7) = 71 L


Maka :

H

fs



2 f  L V 2 x D 2. g c 2  0,0052  31,2757 ft  2,1570 ft . lbf / lb 0,2642 ft

= = 4,3787 ft. lbf/lb c. Sudden Enlargement Friction Loss, Hfe H fe 

Ke V 2 x 2 g c ….Pers. pada Tabel 14-1, Peter hal 484

364

Keterangan : Ke = Koofisien enlargement (didapat dari II.14 Alat Industri Kimia) A1 = Luas penampang 1

= 0,0513 ft2


= A <<<<

 = 1 untuk aliran turbulent A2/ A1 ≈ 0 Didapat nilai Ke = 1,0

He 

1  2,1570 ft . lbf / lb 2 1 = 1,0785 ft. lbf/lb

d. Fitting dan Valve Friction Loss, Hff

V2 H Kf x ff 2 gc



: 0,9

Gate valve

: 0,2

Jadi nilai Kf

= 2 elbow 90o std + 1 gate valve = 2 (0,9) + 1 (0,2) = 2

H

ff

Kf x

V2 2 gc

= 2 x 2,1570 ft . lbf/lb = 4,3139 ft . lbf/lb e. Total Discharge Friction Loss, Hf dis Hf dis

= Hfs + Hfc + Hff = (4,3787 + 1,0785 + 4,3139) ft . lbf/lb = 9,7711 ft. lbf/lb

365

f.

Discharge Head, Hdis

Discharge head, H dis :

Pc  Pd g Vc 2 Vd 2   Zc  Zd    Hf  gc 2 g

Zc

=0m

= 0 ft

Zd

=1m

= 3,2808 ft

Static suction, Zs

= Zd – Zc

= 3,2808 ft

g/gc

= 1 lbf/lb

g  Zd  Zc  gc Static suction, head, Hs

= = 1 lbf/lb x 3,2808 ft = 3,2808ft. lbf/lb

Pressure head, Hp : Pd

= 1 atm

= 14,6960 psi = 2116,2168 lbf/ft2

(reference)

366

2.116,2168 lbf/ft 48,7687 lb/ft 3

Pd 

2

= = 43,3929. lbf/lb

Velocity head, Hv Vd – Vc = 0 Hv

= 0 ft. lbf/lb

Maka :


Pc  Pc 

=

Pd 

g ( Zd  Zc) gc +

+

Vd 2 Vc 2 2 g

+ Hf

= 43,3929ft. lbf/lb + 3,2808ft. lbf/lb + 0 ft. lbf/lb

= 56,4448 ft. lbf/lb Pc = 56,4448 ft. lbf/lb x 48,7687 lb/ft3 = 2752,7425 lbf/ft2 = 19,1163 psi

5. Differential Pressure (Total Pump), ΔP Differential pressure= Discharge pressure + allowable pressure drop pada heater1 – Suction pressure = 19,1163psi + 10 psi – 16,555 psi = 12,5613 psi 6. Total Head

367

Total head

= Discharge head – Suction head = 85,9720 ft. lbf/lb – 48,8822 ft. lbf/lb = 37,0898ft. lbf/lb

Berdasarkan jenis pompa yang ada di pasaran, maka dipilih pompa sentrifugal 1 stage. 7. Effisiensi Pompa,  Kapasitas pompa, Qf

= 271,2616 gal/min

Efisiensi pompa diperoleh dari figure 14-37 efficiencies of centrifugal pump, Peters 4th edition hal 520 diperoleh: Effisiensi pompa, 

= 77 %

8. Break Horse Power (BHP) Persamaan Bernoulli :

Ws

=

P V 2  Z   H f  2 gc

= 15,4106 ft. lbf/lb

BHP =

m f  Ws p 1768,4714 lb / min  37,0898 ft. lbf/lb 77 %

BHP = = 85.184,6839 ft. lbf/min = 2,5814Hp 9. Requirement Driver (Besarnya Tenaga Pompa)

BHP Effisiensi motor MHP =

368

Dari gambar 14-38 efficiencies

of three-phase motor, Peter

521)diperoleh: Effisiensi motor

=82%

Jadi :

2,5814 Hp 82 % MHP

=

MHP

= 3,1101 Hp

Dipilih pompa

= 4 Hp

Keterangan dan Hasil Perhitungan Fungsi

Pompa-01 Mengalirkan output bottom KOD-01 menuju Kolom Distilasi (KD-01)

Tipe

Centrifugal Pump

Temperatur, oC

30

Densitas, kg/m3

782,1

Laju alir massa, kg/jam

48.129,900

Viskositas,

0,508

Tekanan uap, psi

12,298

Kapasitas pompa, gal/min

271,2616

Volumetric Flowrate, ft3/det

0,6044 Suction 5

Discharge 4

40

40

ID, in

5,047

3,17

OD, in

5,563

4,5

4

10

4,3480

11,7812

0,2938

2,1570

NPS, in SN

L, m Velocity,ft/s Total friction loss, ft. lbf/lb NPSH, ft. lbf/lb

36,2864

Required motor driver, Hp

4

Jumlah

2 (1 buah cadangan)

(hal

369

Bahan

Carbon Steel


: Mengalirkan produk refluks condenser (CD-01) kembali ke kolom distilasi (KD-01)

Tipe

: Centrifugal pump

Bahan Konstruksi

: Carbon Steel

Gambar

:


: 30C

Flowrate, ms

: 39.163,7307 kg/jam = 86.341,2614 lb/jam


: 782kg/m3

= 48,8187lb/ft3

Viskositas,

: 0,516

= 1,2485lb/ft.hr

Tekanan uap, Puap

: 635,534mmHg = 12,289psi = 1.769,642lbf/ft2


= ms = 86.341,2614 lb/jam = 1.439,0210 lb/min

mf Qf

=

 1.439,0210 lb/min 48,8187 lb/ft 3

= = 29,4769 ft3/min = 0,4913 ft3/sec

370

= 220,5022 gal/min 4. Menentukan Ukuran Pipa Diameter Pipa Untuk aliran turbulent yang mempunyai range viskositas 0,02 – 20 maka digunakan rumus diameter dalam optimum pipa Dopt = 3,9 Qf 0,45 x 0,13

….. Peter hal 256

= 3,9 x (0,4913 ft3/sec)0,45 x(48,8187 lb/ft3) 0,13 = 4,6955 in Dari tabel 10-18 Properties of steel pipe, Perry's chemical Engineers' Handbook, hal 10-72 – 10-74, dimensi pipa yang digunakan adalah :  Untuk Suction Pipe IPS

: 3,5 in

= 0,2917 ft

SN

: 40

ID

: 3,548 in

= 0,2957 ft

OD

: 4 in

= 0,3333 ft

Ls

:4m

= 13,1234 ft

a”

: 0,0687 ft2

= 9,8928 in2

 Untuk Discharge Pipe IPS

: 3 in

SN

: 40

ID

: 3,068 in

= 0,2557 ft

OD

: 3,5 in

= 0,2917 ft

Ld

: 10 m

= 32,8084 ft

a”

: 0,0513 ft2

= 7,3872 in2


= 0,3333 ft

371


=

a" 0,4913 ft 3 /sec 0,0687 ft 2

= = 7,1511 ft/sec = 25.743.9839 ft/jam

 7,1511 ft/s  2

V2 2 gc

2 . 32,1740 ft.lb / lbf .s

= = 0,7947 ft. lbf/lb

Reynold Number, NRe

=

D .V .  

0,2957 ft. 25.743,9839 ft / jam . 48,8187 lb / ft 3 1,2485 lb / ft. hr = = 297.634,3993 Material yang digunakan untuk konstruksi pipa adalah “Commercial Steel Pipe” Dari figure 14-1. Fanning friction factors for long straight pipes. Peter, hal 482, diperoleh : Equivalent roughness,  = 0,00015 ft

 D

0,00015 ft 0,3355 ft = = 0,0004

Pada NRe = 232214,4561 an ε/D = 0,0004, dari figure 14-1. Fanning friction factors for long straight pipes. Peter, hal 482, diperoleh :

372

fanning factor, f = 0,0064

b. Skin friction loss, Hfs

H



fs

2 f  L V 2 x D 2. g c



Alat


: 32

Gate valve

:7

Tee

: 90



tee = 2 (32) + 1 (7) + 0 (90) = 71 L


Maka :

H

fs




= = 1,1737 ft. lbf/lb c. Sudden Contraction Friction Loss, Hfc

H

fc



Kc V 2  2α 2.gc

Dimana :


373

Kc = 0,4 (1,25 – A2 / A1) A1 = Luas penampang 1

(A1>>> A2)


= 0,0687 ft2


= 0,4 (1,25) = 0,5

H

fc



0,5  0,4838 ft . lbf / lb 2 1





: 0,9

Gate valve

: 0,2

Tee

: 1,8

Jadi nilai Kf


V2 H Kf x ff 2 gc = 2,0 x 0,7947 ft . lbf/lb = 1,5894 ft . lbf/lb e. Total Suction Friction Loss, Hf suc Hf suc = Hfs + Hfc + Hff = (1,1737 + 0,1987 + 1,5894) ft . lbf/lb

374

= 2,9619 ft. lbf/lb

m.

Suction Head, Hsuc



Za

= 3,0 m

= 9,8425 ft

Zb

=0m

= 0 ft (reference)

Static suction, Zs

= Za – Zb

= 9,8425 ft

g/gc

= 1 lbf/lb


=


= 1 lbf/lb x 9,8425 ft = 9,8425 ft. lbf/lb Pressure head, Hp : Pa

Pa 

= 1,0 atm

= 14,6960 psi = 2.116,2168lbf/ft2

2116,2168 lbf/ft 2 48,8187 lb/ft 3 =

375

= 43,3485ft. lbf/lb Velocity head, Hv Va – Vb = 0 Hv

= 0 ft. lbf/lb

Maka : 2 2 Pa  Pb g  Za  Zb   Va  Vb  Hf   gc 2 g

Pb  Pb 

=

Pa 

+

g ( Za  Zb) gc

+

Va 2  Vb2 2 g

- Hf



Puap



Hp uap =

1.769,6428 lbf/ft 48,8187 lb/ft 3

2

= = 36,2493 ft . lbf/ lb Total NPSH

= Hsuc - Hp uap = (50,2292- 36,2493) f t . lbf/ lb =13,9799 ft . lbf/ lb

376



=

a" 0,4913 ft 3 /sec 0,0513 ft 2

= 9,5766 ft/sec = 34.475,8615 ft/jam

 9,5766 ft/s  2

V2 2 gc

2 . 32,1740 ft.lb / lbf .s

= = 1,4252 ft. lbf/lb

Reynold Number, NRe

=

D .V .  

0,2557 ft. 34.475,8615 ft/jam . 48,8187 lb / ft 3 1,2485lb / ft. hr = = 344.662,6634 Material yang digunakan untuk konstruksi pipa adalah “Commercial Steel Pipe” Dari figure 14-1. Fanning friction factors for long straight pipes. Peter, hal 482, diperoleh :Equivalent roughness,  = 0,00015 ft

 D

0,00015 ft 0,2557 ft = = 0,0006

Pada NRe = 2689505,9232dan ε/D = 0,0007, dari figure 14-1. Fanning friction factors for long straight pipes. Peter, hal 482, diperoleh : fanning factor, f = 0,0054

377

b. Skin friction loss, Hfs

H



fs

2 f  L V 2 x D 2. g c



Alat


: 32

Gate valve

:7

Jadi equivalent length dari fitting dan valve

= 2 elbow 90o std + 1 gate

valve = 2 (32) + 1 (7) = 71 L


Maka :

H

fs




= = 1,5341 ft. lbf/lb c. Sudden Enlargement Friction Loss, Hfe H fe

Ke V 2  x 2 g c ….Pers. pada Tabel 14-1, Peter hal 484

Keterangan : Ke = Koofisien enlargement (didapat dari II.14 Alat Industri Kimia)

378

A1 = Luas penampang 1

= 0,0513 ft2


= A <<<<


He 

1  0,8676 ft . lbf / lb 2 1 = 0,7126 ft. lbf/lb


H

ff

Kf x

V2 2 gc



: 0,9

Gate valve

: 0,2

Jadi nilai Kf


H

ff

Kf x

V2 2 gc

= 2 x 1,4252 ft . lbf/lb = 2,8505 ft . lbf/lb e. Total Discharge Friction Loss, Hf dis Hf dis = Hfs + Hfc + Hff = (1,5341 + 0,7126 + 2,8505) ft . lbf/lb = 5,0972 ft. lbf/lb

379

f.




Zc

=0m

= 0 ft

Zd

= 5m

= 16,4042 ft

Static suction, Zs

= Zd – Zc

= 16,4042 ft

g/gc

= 1 lbf/lb




Pd 

= 1 atm

= 14,6960 psi = 2.116,2168 lbf/ft2

2.116,2168 lbf/ft 48,8187 lb/ft 3 =

2

(reference)

380

= 43,3485 lbf/lb Velocity head, Hv Vd – Vc = 0 Hv

= 0 ft. lbf/lb

Maka :


Pc  Pc 

=

Pd 

g ( Zd  Zc) gc +

+

Vd 2 Vc 2 2 g

+ Hf


= 64,8499 ft. lbf/lb Pc = 64,8499 ft. lbf/lb x 48,8187 lb/ft3 = 3.165,8859 lbf/ft2 = 21,9853 psi 5. Differential Pressure (Total Pump), ΔP Differential pressure= Discharge pressure + allowable pressure drop pada heater1 – Suction pressure = 21,9853 psi + 10 psi – 17,0286 psi = 14,9567 psi 6. Total Head Total head


Berdasarkan jenis pompa yang ada di pasaran, maka dipilih pompa sentrifugal 1 stage.

381

7. Effisiensi Pompa,  Kapasitas pompa, Qf

= 220,5022 gal/min


= 72 %


Ws

=

P V 2  Z   H f  2 gc

= 44,1176 ft. lbf/lb

BHP =

m f  Ws p 1.439,0210 lb / min  44,1176 ft. lbf/lb 72 %


BHP Effisiensi motor MHP = Dari gambar 14-38 efficiencies of three-phase motor, Peter (hal 521) diperoleh : Effisiensi motor Jadi :

=82%

382

2,672 Hp 81 % MHP

=

MHP

= 3,2987 Hp

Dipilih pompa

= 4 Hp

Keterangan dan Hasil Pompa-02

Perhitungan Fungsi

Mengalirkan produk refluks condenser (CD-01) kembali ke kolom distilasi (KD-01)

Tipe

Centrifugal Pump

Temperatur, oC

30

Densitas, kg/m3

782,2


39.163,7307

Viskositas,

0,516

Tekanan uap, psi

12,298


220,5022


0,4913 Suction 3,5

Discharge 3

40

40

ID, in

3,548

3,068

OD, in

4

3,5

L, m

4

10

Velocity,ft/s

5,5793

7,4717

Total friction loss, ft. lbf/lb NPSH, ft. lbf/lb

2,9619

5,0972

13,9799


4

Jumlah

2 (1 buah cadangan)

Bahan

Carbon Steel

NPS, in SN

18. POMPA (P-03) Fungsi Tipe

: Mengalirkan produk ke tangki penyimpanan metanol : Centrifugal pump

383

Bahan Konstruksi

: Carbon Steel

Gambar

:


: 30C

Flowrate, ms

: 30.548,4391 kg/jam = 67.347,7914 lb/jam


: 782,2kg/m3

= 48,8187lb/ft3

Viskositas,

: 0,516

= 1,2485lb/ft.hr

Tekanan uap, Puap

: 635,534mmHg =12,289psi = 1769,642lbf/ft2


= ms = 67.347,7914 lb/jam = 1.122,4632 lb/min

mf Qf

=

 1.122,4632 lb/min 48,8187 lb/ft 3

= = 22,9925 ft3/min = 0,3832 ft3/sec = 171,9958 gal/min 2. Menentukan Ukuran Pipa Diameter Pipa

384

Untuk aliran turbulent yang mempunyai range viskositas 0,02 – 20 maka digunakan rumus diameter dalam optimum pipa Dopt = 3,9 Qf 0,45 x 0,13

….. Peter hal 256

= 3,9 x (0,3832 ft3/sec)0,45 x(48,8187 lb/ft3) 0,13 = 4,1988 in Dari tabel 10-18 Properties of steel pipe, Perry's chemical Engineers' Handbook, hal 10-72 – 10-74, dimensi pipa yang digunakan adalah :  Untuk Suction Pipe



IPS

: 3,5 in

= 0,2917 ft

SN

: 40

ID

: 3,548 in

= 0,2957 ft

OD

: 4 in

= 0,3333 ft

Ls

:4m

= 13,1234 ft

a”

: 0,0687 ft2

= 9,8928 in2

Untuk Discharge Pipe IPS

: 3 in

= 0,3333 ft

SN

: 40

ID

: 3,068 in

= 0,2557 ft

OD

: 3,5 in

= 0,2917 ft

Ld

: 10 m

= 32,8084 ft

a”

: 0,0513 ft2

= 7,3872 in2



=

a" 0,3832 ft 3 /sec 0,0687 ft 2

=

385

= 5,5780 ft/sec = 20.080,7868 ft/jam

 5,5780 ft/s  2

V2 2 gc

2 . 32,1740 ft.lb / lbf .s

= = 0,4835 ft. lbf/lb

Reynold Number, NRe =

D .V .  


 D

0,00015 ft 0,2957 ft

= = 0,0005

Pada NRe = 133560,554 an ε/D = 0,0005, dari figure 14-1. Fanning friction factors for long straight pipes. Peter, hal 482, diperoleh : fanning factor, f = 0,0064 b. Skin friction loss, Hfs

2 f  L V 2 H  x fs D 2. g c


386


Alat


: 32

Gate valve

:7

Tee

: 90



tee = 2 (32) + 1 (7) + 0 (90) = 71 L


Maka :

H

fs





Kc V 2 H   fc 2α 2.gc


Dimana : Kc = 0,4 (1,25 – A2 / A1) A1 = Luas penampang 1

(A1>>> A2)


= 0,0687 ft2


= 0,4 (1,25)

387

= 0,5

H

fc



0,5  0,4835 ft . lbf / lb 2 1





: 0,9

Gate valve

: 0,2

Tee

: 1,8

Jadi nilai Kf


V2 H Kf x ff 2 gc = 2,0 x 0,4835 ft . lbf/lb = 0,9671 ft.lbf/lb e. Total Suction Friction Loss, Hf suc Hf suc = Hfs + Hfc + Hff = (0,7141 + 0,1209 + 0,9671) ft . lbf/lb = 1,8021 ft. lbf/lb

388

f.

Suction Head, Hsuc



Za

= 3,0 m

= 9,8425 ft

Zb

=0m

= 0 ft (reference)

Static suction, Zs

= Za – Zb

= 9,8425 ft

g/gc

= 1 lbf/lb


=



= 1,0 atm

= 14,6960 psi = 2116,2168lbf/ft2

389

2116,2168 lbf/ft 2 48,8187 lb/ft 3

Pa 

= = 43,3485ft. lbf/lb


= 0 ft. lbf/lb

Maka : 2 2 Pa  Pb g   Za  Zb   Va  Vb  Hf  gc 2 g

Pb  Pb 

=

Pa 

+

g ( Za  Zb) gc

+

Va 2  Vb2 2 g

- Hf



Puap



Hp uap =

1769,6428 lbf/ft 48,8187 lb/ft 3

2

= = 36,2493 ft.lbf/lb Total NPSH

= Hsuc - Hp uap

390

= (51,3890- 36,2493) f t.lbf/ lb =15,1397 ft.lbf/ lb 4. Perhitungan Pada Discharge a. Discharge friction loss


=

a" 0,3802 ft 3 /sec 0,0513 ft 2

= 7,4699 ft/sec = 26.891,8139 ft/jam

 7,4699 ft/s  2

V2 2 gc

2 . 32,1740 ft.lb / lbf .s

= = 0,8672 ft. lbf/lb

Reynold Number, NRe

=

D .V .  

0,2557 ft. 26.891,8139 ft/jam . 48,8187 lb / ft 3 1,2485lb / ft. hr = = 268.843,2943 Material yang digunakan untuk konstruksi pipa adalah “Commercial Steel Pipe” Dari figure 14-1. Fanning friction factors for long straight pipes. Peter, hal 482, diperoleh :Equivalent roughness,  = 0,00015 ft

 D

0,00015 ft 0,2557 ft = = 0,0006

391

Pada NRe = 154664,0321dan ε/D = 0,0006, dari figure 14-1. Fanning friction factors for long straight pipes. Peter, hal 482, diperoleh : fanning factor, f = 0,0054 b. Skin friction loss, Hfs

H

fs



2 f  L V 2 x D 2. g c



Alat


: 32

Gate valve

:7



valve = 2 (32) + 1 (7) = 71 L


Maka :

H

fs




= = 1,8667 ft. lbf/lb

c. Sudden Enlargement Friction Loss, Hfe

392

H fe 



= 0,0513 ft2


= A <<<<


He 

1  0,2870 ft . lbf / lb 2 1 = 0,1435 ft. lbf/lb


H

ff

Kf x

V2 2 gc



: 0,9

Gate valve

: 0,2

Jadi nilai Kf


V2 H Kf x ff 2 gc = 2 x 0,8672 ft . lbf/lb = 1,7343 ft . lbf/lb

393

e. Total Discharge Friction Loss, Hf dis Hf dis = Hfs + Hfc + Hff = (1,8667 + 0,4336 + 1,7343) ft . lbf/lb = 4,0347 ft. lbf/lb f. Discharge Head, Hdis



Zc

=0m

= 0 ft

Zd

= 5m

= 16,4042 ft

Static suction, Zs

= Zd – Zc

= 16,4042 ft

g/gc

= 1 lbf/lb



(reference)

394


= 14,6960 psi = 2116,2168 lbf/ft2

= 1 atm

2116,2168 lbf/ft 48,8187 lb/ft 3

Pd 

2

= = 43,3485 lbf/lb


= 0 ft. lbf/lb

Maka :


Pc  Pc 

=

Pd 

g ( Zd  Zc) gc +

+

Vd 2 Vc 2 2 g

+ Hf


= 63,7874 ft. lbf/lb Pc = 63,7874 ft. lbf/lb x 48,8187 lb/ft3 = 3.114,0142 lbf/ft2 = 21,6251 psi 5. Differential Pressure (Total Pump), ΔP Differential pressure= Discharge pressure + allowable pressure drop pada heater1 – Suction pressure = 21,6251 psi + 10 psi – 17,4218 psi = 14,2033 psi

395

6. Total Head Total head



= 171,9958 gal/min


= 65 %


Ws

=

P V 2  Z   H f  2 gc

= 41,8953 ft. lbf/lb

BHP =

m f  Ws p 1.122,4632 lb / min  41,8953 ft. lbf/lb 65 %


BHP Effisiensi motor MHP =

396

Dari gambar 14-38 efficiencies of three-phase motor, Peter (hal 521) diperoleh : Effisiensi motor

=80%

Jadi : 2,1924 Hp 80%

MHP

=

MHP

= 2,7404 Hp

Dipilih pompa

= 3 Hp


Perhitungan Fungsi

Mengalirkan produk refluks condenser (CD-02) kembali ke kolom distilasi (KD-02)

Tipe

Centrifugal Pump

Temperatur, oC

30

Densitas, kg/m3

782


30.548,4391

Viskositas,

0,516

Tekanan uap, psi

12,298


171,9958


0,3832 Suction 3,5

Discharge 3

40

40

ID, in

3,548

3,068

OD, in

4

3,5

L, m

4

10

Velocity,ft/s

5,5780

7,4699

Total friction loss, ft. lbf/lb NPSH, ft. lbf/lb

1,8021

4,0347

15,1397


3

NPS, in SN

397

Jumlah

2 (1 buah cadangan)

Bahan

Carbon Steel


: Mengalirkan produk ke tangki penyimpanan metanol

Tipe

: Centrifugal pump

Bahan Konstruksi

: Carbon Steel

Gambar

:

Data Desain Temperatur, T Flowrate, ms

: 30C : 17.581,4613 kg/jam = 38.760,4940 lb/jam


: 998,1kg/m3

= 62,3031lb/ft3

Viskositas,

: 0,516

= 1,2485lb/ft.hr

Tekanan uap, Puap

: 635,534mmHg

= 12,289psi = 1769,642lbf/ft2


= ms = 38.760,4940 lb/jam = 646,0082 lb/min

mf Qf

=



398

646,0082 lb/min 48,8187 lb/ft 3 = = 10,3688 ft3/min = 0,1728 ft3/sec = 77,5640 gal/min 2. Menentukan Ukuran Pipa Diameter Pipa Untuk aliran turbulent yang mempunyai range viskositas 0,02 – 20 maka digunakan rumus diameter dalam optimum pipa = 3,9 Qf 0,45 x 0,13

Dopt

….. Peter hal 256

= 3,9 x (0,1728 ft3/sec)0,45 x(48,8187 lb/ft3) 0,13 = 3,0287 in Dari tabel 10-18 Properties of steel pipe, Perry's chemical Engineers' Handbook, hal 10-72 – 10-74, dimensi pipa yang digunakan adalah :  Untuk Suction Pipe IPS: 3,5 in



= 0,2917 ft

SN

: 40

ID

: 3,548 in

= 0,2957 ft

OD

: 4 in

= 0,3333 ft

Ls

:4m

= 13,1234 ft

a”

: 0,0687 ft2

= 9,8928 in2

Untuk Discharge Pipe IPS

: 3 in

= 0,3333 ft

SN

: 40

ID

: 3,068 in

= 0,2557 ft

OD

: 3,5 in

= 0,2917 ft

Ld

: 10 m

= 32,8084 ft

a”

: 0,0513 ft2

= 7,3872 in2

399



=

a" 0,1728 ft 3 /sec 0,0687 ft 2

= = 2,5155 ft/sec = 9.055,7178 ft/jam

 2,5155 ft/s  2

V2 2 gc

2 . 32,1740 ft.lb / lbf .s

= = 0,0983 ft. lbf/lb

Reynold Number, NRe

=

D .V .  


 D

0,00015 ft 0,2957 ft

= = 0,0005

400

Pada NRe = 133560,554 an ε/D = 0,0005, dari figure 14-1. Fanning friction factors for long straight pipes. Peter, hal 482, diperoleh : fanning factor, f = 0,0064 b. Skin friction loss, Hfs

H

fs



2 f  L V 2 x D 2. g c

….Pers. pada Tabel 14-1, Peter hal

484 Equivalent length dari fitting dan valve diperoleh dari Tabel II.1

Alat


: 32

Gate valve

:7

Tee

: 90



tee = 2 (32) + 1 (7) + 0 (90) = 71 L


Maka :

H

fs





401

H

fc



Kc V 2  2α 2.gc

….Pers. pada Tabel 14-1, Peterhal

484 Dimana : Kc = 0,4 (1,25 – A2 / A1) A1 = Luas penampang 1

(A1>>> A2)


= 0,0687 ft2


= 0,4 (1,25) = 0,5

H

fc



0,5  0,0983 ft . lbf / lb 2 1

= 0,0246 ft. lbf/lb


H

ff

Kf x

V2 2 gc



: 0,9

Gate valve

: 0,2

Tee

: 1,8

Jadi nilai Kf


H

ff

Kf x

V2 2 gc

402

= 2,0 x 0,0983 ft . lbf/lb = 0,1967 ft.lbf/lb e. Total Suction Friction Loss, Hf suc Hf suc = Hfs + Hfc + Hff = (0,1452 + 0,0246 + 0,1967) ft . lbf/lb = 0,3665 ft. lbf/lb

f.

Suction Head, Hsuc



Za

= 3,0 m

= 9,8425 ft

Zb

=0m

= 0 ft (reference)

Static suction, Zs

= Za – Zb

= 9,8425 ft

g/gc

= 1 lbf/lb

403


=



= 1,0 atm

= 14,6960 psi = 2116,2168lbf/ft2

2116,2168 lbf/ft 2 62,3031 lb/ft 3

Pa 

= = 33,9665ft. lbf/lb


= 0 ft. lbf/lb

Maka : 2 2 Pa  Pb g  Za  Zb   Va  Vb  Hf   gc 2 g

Pb  Pb 

=

Pa 

+

g ( Za  Zb) gc

+

Va 2  Vb2 2 g

- Hf



404

Puap



Hp uap =

1769,6428 lbf/ft 62,3031 lb/ft 3

2

= = 28,4038 ft.lbf/lb Total NPSH

= Hsuc - Hp uap = (43,4425- 28,4038) f t.lbf/ lb =15,0387 ft.lbf/ lb



=

a" 0,1728 ft 3 /sec 0,0513 ft 2

= 3,3687 ft/sec = 12.127,2478 ft/jam

V2 2 gc

 3,3687 ft/s  2 2 . 32,1740 ft.lb / lbf .s

= = 0,1764 ft. lbf/lb

Reynold Number, NRe

=

D .V .  

0,2557 ft. 12.127,2478 ft/jam . 48,8187 lb / ft 3 1,2485lb / ft. hr = = 154.726,6609

405

Material yang digunakan untuk konstruksi pipa adalah “Commercial Steel Pipe” Dari figure 14-1. Fanning friction factors for long straight pipes. Peter, hal 482, diperoleh :Equivalent roughness,  = 0,00015 ft

 D

0,00015 ft 0,2557 ft = = 0,0006

Pada NRe = 154664,0321dan ε/D = 0,0006, dari figure 14-1. Fanning friction factors for long straight pipes. Peter, hal 482, diperoleh : fanning factor, f = 0,0054 b. Skin friction loss, Hfs

2 f  L V 2 H  x fs D 2. g c

….Pers. pada Tabel 14-1, Peter hal

484 Equivalent length dari fitting dan valve diperoleh dari Tabel II.1

Alat


: 32

Gate valve

:7



valve = 2 (32) + 1 (7) = 71 L


Maka :

406

H

fs




= = 0,3796 ft. lbf/lb c. Sudden Enlargement Friction Loss, Hfe H fe 



= 0,0513 ft2


= A <<<<


He 

1  0,1764 ft . lbf / lb 2 1 = 0,0882 ft. lbf/lb





: 0,9

Gate valve

: 0,2

407

Jadi nilai Kf


V2 H Kf x ff 2 gc = 2 x 0,1764 ft . lbf/lb = 0,3527 ft . lbf/lb e. Total Discharge Friction Loss, Hf dis Hf dis = Hfs + Hfc + Hff = (0,3796 + 0,0882 + 0,3527) ft . lbf/lb = 0,8205 ft. lbf/lb f.




408

Zc

=0m

= 0 ft

Zd

= 5m

= 16,4042 ft

Static suction, Zs

= Zd – Zc

= 16,4042 ft

g/gc

= 1 lbf/lb




= 1 atm

= 14,6960 psi = 2116,2168 lbf/ft2

2116,2168 lbf/ft 62,3031 lb/ft 3

Pd 

2

= = 33,9665 lbf/lb


= 0 ft. lbf/lb

Maka :


Pc  Pc 

=

Pd 

g ( Zd  Zc) gc +

+

Vd 2 Vc 2 2 g

+ Hf


= 51,1912 ft. lbf/lb Pc = 51,1912 ft. lbf/lb x 62,3031 lb/ft3

(reference)

409

= 3.189,3705 lbf/ft2 = 22,1484 psi 5. Differential Pressure (Total Pump), ΔP Differential pressure= Discharge pressure + allowable pressure drop pada heater1 – Suction pressure = 22,1484 psi + 10 psi – 18,7959 psi = 13,3526 psi 6. Total Head Total head



= 77,5640 gal/min


= 65 %


Ws

=

P V 2  Z   H f  2 gc

= 30,8615 ft. lbf/lb

BHP =

m f  Ws p

410

646,0082 lb / min  30,8615 ft. lbf/lb 65 % BHP = = 30.671,9755 ft. lbf/min = 0,9295Hp 9. Requirement Driver (Besarnya Tenaga Pompa)

BHP Effisiensi motor MHP = Dari gambar 14-38 efficiencies of three-phase motor, Peter (hal 521) diperoleh : Effisiensi motor

=80%

Jadi : 0,9295 Hp 80%

MHP

=

MHP

= 1,1618 Hp

Dipilih pompa

= 2 Hp


Perhitungan Fungsi

Mengalirkan produk bottom kolom distilasi ke utilitas

Tipe

Centrifugal Pump

Temperatur, oC

30

Densitas, kg/m3

998,1


17.581,4613

Viskositas,

0,516

Tekanan uap, psi

12,298


77,5640


0,1728 Suction

Discharge

411

NPS, in

3,5

3

SN

40

40

ID, in

3,548

3,068

OD, in

4

3,5

L, m

4

10

2,5155

3,3687

0,3665

0,8205

Velocity,ft/s Total friction loss, ft. lbf/lb NPSH, ft. lbf/lb

15,0387


2

Jumlah

2 (1 buah cadangan)

Bahan

Carbon Steel

20. Pressure Swing Adsorber-01 (PSA-01) Fungsi

: Untuk memisahkan gas

Type :

: Silinder vertikal dengan ujung ellipsoidal

Gambar

:

Pressure Swing Adsorber (PSA) di disain untuk memurnikan gas hidrogen dan karbondioksida secara kontinu. Feed gas mengandung hidrogen dengan sejumlah impurities masuk ke PSA, dimana impurities tersebut akan dipisahkan dari gas hidrogen. Aliran yang keluar dari PSA adalah: 1. Hidrogen murni pada tekanan yang tinggi 2. Tailgas yang mengandung inpurities pada tekanan yang rendah

412

Desain sebuah proses pemisahan system adsorpsi dengan produk kontinu memerlukan minimal empat samapai dua belas buah adsorber tergantung dari jumlah impurities yang akan dipisahkan. Salah satu vessel dalam keadaan adsorpsi phase A pada tekanan yang tinggi dan pada saat yang sama vessel lain dalam keadaan phase regenerasi. Fase regenerasi dilaksanakan mulai dari penurunan tekanan tinggi ke tekanan rendah, purging pada tekanan rendah dan repressurized dari tekanan rendah ke tekanan tinggi untuk kembali ke tekanan adsorpsi. Dalam sistem multi bed operasinya tergantung dari jumlah adsorber yang dioperasikan. Umumnya setiap adsorber melakukan suatu siklus dimana merupakan suatu rangkaian proses adsorpsi, expansi, purging dan langkah repressurization yang berulang dalam suatu siklus. Data Desain

a.

:

Temperatur

= 30oC

Tekanan

= 21 atm

Laju alir massa

= 6.411,758 kg/jam

Densitas

= 32,42 kg/m3

Faktor keamanan, f

= 10% = 0,1

Holding Time

= 1 jam

Laju alir massa x t Densitas

Kapasitas Kolom,Vk

V = 6.411,758 kg/ jamx 1 jam = 32,42 kg/ m3 V

= 197,772m3

Vk = ( 1 + f ) x V = ( 1 + 0,1 ) x 197,772 m3 Vk = 217,549 m3

413

b. Volume Packing, Vp Untuk menyerap gas metana (CH4) dan H2S maka digunakan karbon aktif dan untuk menyerap gas nitrogen dan gas oksigen digunakan molecular sieve type 5A. Dari Perry “Chemical Engineering” p. 16.9, tabel 16-5 didapat kemampuan penyerapan karbon aktif dan molecular sieve (drying, separations) terhadap gas CH4, H2S, N2, dan O2 adalahsebesar 0,23-0,28kg perkg mol sieve (drying, separations) dan 0,3 kg per kg karbon aktif (separations). Diharapkan gas-gas tersebutterserap seluruhnya sehingga tidak ada uap gas selain hidrogenyang keluar sebagai produk. Karakteristik mol sieve (separations)adalah : - Bentuk

: G (granules), P (powder)

- Ukuran

: 0.5 nm

- Porositi

: 38%

- Bulk Densiti

: 0,60-0,66kg/L

Diketahui void fraction facking adalah, v = 0,46 Karakteristik karbon aktif (lignite based) adalah : - Bentuk


- Ukuran

: 3 nm

- Porositi

: 70-85%

- Bulk Densiti

: 0,40-0,70kg/L

Diketahui void fraction facking adalah, v = 0,46 Menentukan jumlah packing yang dibutuhkan (Wp) Diketahui jumlah gas-gas yang akan diserap adalah sebesar 5670,083kg. Faktor penyerapan (Fa) diambil 1. Maka : Wp = Fa x Wa = 1 x 5670,083 kg = 5670,083 kg Wp p

414

Volume packing,

Vp

=

5.670,083 kg 32,42 kg / m 3 = =

174,895 m3

c. Volume Total, (VT) VT = Vk + Vp = (217,549 m3+174,895 m3) = 392,443 m3 2

 D    .L  2 2

d. Diameter

1. Volume Silinder Vs

=

L

=

4D

(Treyball, p. 397 tahun 1981)

1 . . D 2 . ( 4 D ) 4 Vs

= =

π . D3

2. Volume Ellipsoidal Head  D3    24 

 

table 4 p. 571) 3. Total Volume Kolom

VE

=

(Peter,

415

 D3    24 

 

VT

= Vs + 2 VE

= π . D3 +

 Vt   

1 3

  

4. Diameter Adsorber D

 392,443     3,14 

=

1 3

= =

0,833 m

=

83,329cm

5. Tinggi Kolom L

=

4.D

=

4 . 0,833 m

=

3,333 m

6. Tebal Dinding, t t

P.D C 2 . SE  0,2 . P

dimana, P = Tekanan design

= 21 atm

D = Diameter tanki

= 0,833 m

S = Working stress allowable = 13.700 Psi (tabel 4, Peter hal. 538) E = Welding t efisiensi

= 0,85

(tabel 4, Peter hal. 538)

C = Korosi yang diizinkan

= 0,0032 m


416

t

21 atm . 0,833 m  0,0032 m 2 . 13.700 psi . 0,85  0,2 . 21 atm

Maka,

= 0,009 m = 0,893 cm

Nama Alat Alat Kode Jumlah Fungsi

IDENTIFIKASI Pressure Swing Adsorber-01 PSA-01 1 buah Untuk memisahkan gas hidrogen (H2) dari

Tipe Temperature Tekanan Diameter Tinggi Tebal dinding Kapasitas Bahan konstruksi

impuritiesnya (01) DATA DESIGN Silinder vertikal dengan ujung ellipsoidal o 30 C 21 atm 0,833 m 3,333 m 0,893 cm 217,549 m3 Carbon Steel

Pressure Swing Adsorber-02 (PSA-02) Fungsi

: Untuk memisahkan gas karbondioksida dari impuritiesnya

Type :

: Silinder vertikal dengan ujung ellipsoidal

Gambar

:

Data Desain Temperatur

: = 30oC

417

a.

Tekanan

= 21 atm

Laju alir massa

= 5729,371 kg/jam

Densitas

= 32,42 kg/m3

Faktor keamanan, f

= 10% = 0,1

Holding Time

= 1 jam

Laju alir massa x t Densitas

Kapasitas Kolom,Vk

V =

= V

5729,371 kg / jamx 1 jam 32,42 kg/ m3

= 176,723 m3

Vk = ( 1 + f ) x V = ( 1 + 0,1 ) x 176,723 m3 Vk = 194,396 m3 b. Volume Packing, Vp Untuk menyerap gas metana (CH4) dan H2S maka digunakan karbon aktif dan untuk menyerap gas nitrogen dan gas oksigen digunakan molecular sieve type 5A. Dari Perry “Chemical Engineering” p. 16.9, tabel 16-5 didapat kemampuan penyerapan karbon aktif dan molecular sieve (drying, separations) terhadap gas CH4, H2S, N2, dan O2 adalahsebesar 0,23-0,28kg perkg mol sieve (drying, separations) dan 0,3 kg per kg karbon aktif (separations). Diharapkan gas-gas tersebutterserap seluruhnya sehingga tidak ada uap gas selain hidrogenyang keluar sebagai produk. Karakteristik mol sieve (separations)adalah : - Bentuk


- Ukuran

: 0.5 nm

- Porositi

: 38%

- Bulk Densiti

: 0,60-0,66kg/L

418

Diketahui void fraction facking adalah, v = 0,46 Karakteristik karbon aktif (lignite based) adalah : - Bentuk


- Ukuran

: 3 nm

- Porositi

: 70-85%

- Bulk Densiti

: 0,40-0,70kg/L

Diketahui void fraction facking adalah, v = 0,46 Menentukan jumlah packing yang dibutuhkan (Wp) Diketahui jumlah gas-gas yang akan diserap adalah sebesar 277,302kg. Faktor penyerapan (Fa) diambil 1. Maka : Wp = Fa x Wa = 1 x 277,302 kg = 277,302 kg Wp p Volume packing,

Vp

=

277,302 kg 32,42 kg / m 3 = = c. Volume Total, (VT) VT = Vk + Vp = (194,396 m3+8,553 m3) = 202,949 m3

8,553 m3

419

2

 D    .L  2 2

d. Diameter

1. Volume Silinder Vs

=

L

=

4D

(Treyball, p. 397 tahun 1981)

1 . . D 2 . ( 4 D ) 4 Vs

= =

 D3    24 

π . D3

 

2. Volume Ellipsoidal Head VE

=

(Peter, table 4 p. 571)

3. Total Volume Kolom  D3      24 

VT

= Vs + 2 VE

= π . D3 +

 Vt   

1 3

   D

 202,949     3,14 

4. Diameter Adsorber = 1 3

=

420

=

0,669 m

=

66,886cm

e. Tinggi Kolom L

=

4.D

=

4 . 0,669 m

=

2,675 m

f. Tebal Dinding, t t

P.D C 2 . SE  0,2 . P

dimana,

t

P = Tekanan design

= 21 atm

D = Diameter tanki

= 0,669 m

S = Working stress allowable = 13700 Psi


E = Welding t efisiensi

= 0,85


C = Korosi yang diizinkan

= 0,0032 m


21 atm . 0,669 m  0,0032 m 2 . 13.700 psi . 0,85  0,2 . 21 atm

Maka,

= 0,009 m = 0,878 cm

Nama Alat Alat Kode Jumlah Fungsi

IDENTIFIKASI Pressure Swing Adsorber-02 PSA-02 1 buah Untuk memisahkan gas karbondioksida (CO2)

421

dari impuritiesnya DATA DESIGN Silinder vertikal dengan ujung ellipsoidal o 30 C 21 atm 0,669 m 2,675 m 0,878 cm 194,396 m3 Carbon Steel

Tipe Temperature Tekanan Diameter Tinggi Tebal dinding Kapasitas Bahan konstruksi 22. REAKTOR - 01 (R - 01) Fungsi

: Tempat mereaksikan gas Karbondioksida dan Hidrogen menjadi Metanol

Tipe

: Multitubular Fixed Bed Reaktor

Operasi : Kontinyu Gambar :

Kondisi Operasi :

(US.Pat 7,321,072 B2)

Temperatur

= 250 oC

Tekanan

= 50 atm

Laju alir massa, Mfr

=54541,65 kg/jam

Konversi Karbondioksida

= 88 %

= 523,15 K

422

BM rata – rata, BMav

= 38,9kg/kmol

Percepatan Gravitasi, g

= 9,8 m/s2

= 980 cm/s2

Viskositas Campuran, µ

= 0,02802

= 2,802 x 10-5kg/m.s

Reaksi yang terjadi pada R-01 : Reaksi Utama: CO2

+

karbondioksida

A

3H2

CH3OH

hidrogen

+

+

H2O

metanol

B

C

air

+

D

Data katalis : Nama katalis

: Chopper Chromite

Porositas, φ

: 0,4

Diameter katalis

: 0,12 mm

Densitas katalis, k

: 4853,936 kg/m3

Perhitungan Desain Reaktor : Asumsi : a. Kondisi steady state. b. Kecepatan pengadukan ke arah radial berlangsung sangat cepat, sehingga pada setiap penampang reaktor suhu, tekanan, dan komposisi campuran gas atau cairan dalam reaktor selalu seragam. c. Setiap partikel gas yang mengalir dalam reaktor mempunyai waktu tinggal yang sama di dalam reaktor. d. Reaksi berlangsung pada tekanan konstan untuk zat pereaksi gas. a. Volumetric Flowrate Umpan, Qf

Qf 

M fr

c

Laju alir, M

= 54541,658 kg/jam

Densitas, ρ

=

0,4531 kg/m3

423

564.342,2298 kg / h 0,4531 kg / m 3 Q =

= 120374,440 m3/jam = 33,436 m3/s

b. Konsentrasi mula – mula : Konsentrasi umpan CO2, CA0 1 FAo1

= umpan masuk CH3OH pada reaksi 1 = 1085,601 kmol/jam

CAo1

= FAo1 / Q1 = (1.085,601 kmol/jam) / (120.371,440 m3/jam) = 0,009kmol/m3

Konsentrasi umpan H2, CB0 1 FBo1

= umpan masuk H2pada reaksi 1 = 3.261,702 kmol/jam

CBo1

= FBo 1 / Q1 = (3261,702 kmol/jam) / (120.374,440m3/jam) = 0,027kmol/m3

A External Diffusion

Internal Diffusion

B

1

7

2

6 3

5

4 Catalytic Surface

424

Pada reaksi fase gas dengan katalis berpori , reaksi katalitik yang terjadi melalui tahapan seperti dibawah ini (Fogler, 248): 1) Difusi eksternal, dimana reaktan berdifusi ke permukaan eksternal katalis. 2) Difusi internal reaktan. 3) Adsorpsi reaktan A pada permukaan katalis. 4) Reaksi pada permukaan katalis (A



B).

5) Desorbsi produk pada permukaan katalis 6) Difusi internal produk. 7) Difusi eksternal produk. c. Menghitung Kinetika Perhitungan nilai kinetika reaksi didasarkan pada teori yang dijabarkan di atas yang dijadikan sebagai dasar perhitungan pada tiap reaksinya. Konstanta

kecepatan

reaksi

dapat

ditentukan

berdasarkan

teori

tumbukan.Untuk tumbukan molekul A dengan molekul B, kecepatan tumbukan dapat dihitung dengan persamaan 38 hal. 23 (Levenspiel, 1972) :

Z AB

  A  B   2  

2

 1 N2  1     8 k b T   6  10   MA MB  

0,5

C A CB

Dari hukum Maxwell mengenai distribusi energi molekul, fraksi tumbukan antara dua molekul adalah yang lebih besar dari E minimum adalah sebagai berikut: exp ( E / RT )

Persamaan kecepatan reaksi :

425

 rA  

 kecepa tan tumbukan 1 dN A  k C A CB    C A CB mol / ltr.dtk v dt  

 rA  Z AB

1000 exp ( E / RT ) N

Sehingga:

  A   B  rA    2  

2

N 1000









 8 kb T 

1 1    M A M B 

0,5



exp(  E / RT ) C A CB  

Reaksi Utama: CO2

+

karbondioksida

3H2

CH3OH

hidrogen

A

+

metanol

+

H2O

air

B

C

+

Mencari harga k1 Persamaan Arhenius

: k = A e-E/RT

Laju reaksi

:

 - r1=

dC A C B dt

 =

dC C dt

= k1 CA1 CB 1 = k1[CAo1 (1 – XA)] [CBo – CAo1 XA (page 47 Levenspiel, 2nded.)

 2x A =

N  1  x 8kT   3 10  M

Maka : 2

k =

 1 1   E / RT  A B  N   .e 8  . R . T .    3  M 2 M   10 A B  

(Smith, J.M, hal 52)

D

426

Persamaan Teori Tumbukan tersebut tetap akan berlaku untuk gas murni, dimana jarak bebas rata-rata (mean free path) bersifat tunggal dari gas murni itu sendiri (Dogra, pers. 8.62 a). Sehingga bilangan tumbukannya didefinisikan sebagai jumlah tumbukan yang dialami oleh sebuah molekul tunggal per detik dalam sebuah wadah yang berisi N1 molekul per satuan volume (Dogra, pers. 8.63 a). Bilangan tubukan pada konteks

ini didefinisikan sebagai jumlah

tumbukan antara dua jenis molekul per satuan volume per satuan waktu (Dogra, pers. 8.64). 

Diameter Partikel σA = 2,32 A = 2,32 x 10-8 cm

(Tabel App. K2 Welty )

σB= 7,4 A = 7,4 x 10-8 cm 

Berat Molekul MA= 44,01kg/kmol MB= 2,015kg/kmol

N = bilangan Avogadro = 6,02 x 1023 R = 8,3 x 107 erg/mol.K = 1,98 cal/mol.K Menentukan Energi Aktivasi ∆Hf 298 CO2

= -393.509,00 J/mol

∆Hf 298 H2

= 0,000 J/mol

E CO2

=

 H f 298  R T

= (- 393.500,00 J/mol) – (8,314 J/mol K . 523,15 K) = - 397.858,969 J/mol

E H2

=

 H f 298  R T

= (0 J/mol) – (8,314 J/mol K . 523,15 K) = -4.349,469 J/mol

427

E

=

(−397858,969+4349,469 ) J / mol 2

= -201103,969 J/mol - E/RT

= 201103,969J/mol /(8,314J/mol.K)(713,15 K) = 46,236 2

 2,32.10 8  7,410 8  6,023 x10 23 1  13, 734  1   8(3.14).(8,3 x 10 7 ).(523,15).   .e 3 2 10  44,01 2,015    a

:

k1 = k1 = 3,373x 107cm3/mol.s k1 =3,373 x 101 m3/kmol.s diketahui dari perhitungan : CAo1

= 0,009 kmol/m3

XA

= 0,88

k1

= 3,373 x 107 m3/kmol.s

Menghitung laju reaksi : -r1 = k1[CAo 1 (1 – XA)] [CBo – CAo 1 XA] = 3,373 x 107[0,009 (1- 0,88)] [0,027 (0,009 x 0,88)] -r1 = 1,309 x 10-8 kmol/ m3.s d. Menentukan Volume Reaktor Diketahui : Space velocity = 10000 h-1 Sehingga :

(US.Pat 7,321,072 B2)

Mak

428

τ =¿ 10000 h-1 = 0,001 jam = 0,006 menit = 0,36 det

Maka, volume reactor : τ=

V Q

(Levenspiel, pers.(7), Hal. 93)

V =τ . Q

= (0,36 s) x (33,4373 m3/s) = 12,0374 m3

Faktor keamanan = 20% Maka : Vr = 1,2 x 12,0374 m3 = 14,4449 m3 e. Menentukan Jumlah Tube dan Panjang Reaktor Vr = Vol. Shell + Vol. Head Vr = Vs + VHR Volume Shell, Vs : Vs

= VTR + Vf

Vf

= Af x Nt x Lt

VTR = VT x NT

Af

= {0,5 Pt x (Pt sin 60o)} – {

Pt

= OD + C’

C’

= 0,5 x OD

VT

= A x Lt

 OD 2 4

}

Maka, dengan mensubstitusi semua persamaan di atas, volume shell (Vs) menjadi: Vs

= Vf + VTR = (Af . Nt . Lt) + VTR

= ([{0,5 Pt x (Pt sin 60o)} – {

 OD 2 4 o

}]. Nt . Lt) + VTR

= ([{0,5 (OD + C) (OD + C) sin 60 }-{3,14 .

OD 2 4 }] Nt . Lt) +VTR

429

1 = ([{ 2

.

9 = ([{ 8

3 2

3 2

OD .

o

OD sin 60 }-{3,14 .

o

OD 4

2

2

o

OD 4

2

2

OD . sin 60 }-{3,14 .

9 = ([{ 8

OD . sin 60 }-{3,14 .

9 = Nt . Lt . ([{ 8

2

o

OD 4

2

}] Nt . Lt) +VTR

}] Nt . Lt) +(Vt . Nt)

OD . sin 60 }-{3,14 .

}] Nt . Lt) +(A . Lt . Nt) OD 4

2

}] + A)

............

(1) Volume Head Reaktor, VHR :

VHR

Ds

=

=

2 Ds 3 24

 4 As      

0,5

Vs Lt

As

=

Vs

= VTR + Vf

VTR

= VT x NT

VT

= A x Lt

Maka, dengan mensubstitusi semua persamaan di atas, volume head reaktor (VHR) menjadi :

VHR

=

2 Ds 2 24

π

2

= 12 D s =

1 2 2

[( ) ]

A π 4. s 12 π

430

= =

As 3

( V s / Lt ) 3

=

1 Vs . 3 Lt

=

1 V f +V TR . 3 Lt

=

1 V f +(V T . N T ) . 3 Lt

=

1 V f + ( A . Lt . N T ) . ¿ 3

=

1 ( V s−V TR ) +( A . Lt . N T ) . 3 Lt 1 [ V s−(A . Lt . N t ) ] +( A . Lt . N T ) Lt

= 3

1 Vs

= 3 . Lt

dk / dT = 0,15 dimana dk = 0,2 cm

........ (2) (J.M. Smith, p.571)

diameter tube terkecil harus memenuhi rasio diameter katalis terhadap diameter tube dengan harga 0,15

dT 

dk 0,20 cm   1,3333 cm  0,5249 in 0,15 0,15

Dipilih spesifikasi berdasarkan literatur Tabel 10, Kern : BWG 8 SN 40 OD 3,500 in = 0,0889 m ID 3,068 in = 0,0779 m a” 7,380 in2 = 0,004761 m2

431

Dengan trial nilai Lt dan NT pada persamaan (1) dan (2), maka didapat : Jumlah tube, NT = 277,02363 tube = 277 tube Panjang tube raktor, Lt = 8 m 6. Menentukan volume tube reaktor, VTR  Volume satu tube reaktor, VT

VT  A . L t  (0,004761 m 2 ). (8 m)  0,038090 m 3  Volume Tube Reaktor, VTR VTR

= VT x NT =

0,038090

m3 x 277 tube

= 10,552 m3 7. Menentukan Volume dan Berat Katalis  Menghitung Volume Katalis : Vk  (1  φ) VTR

φ

dimana :

= 0,4

Vk

= (1 – 0,4) x 10,552 m3 = 6,331 m3

 Menghitung Berat Katalis : Densitas katalis = 4853,936 kg/m3 Wk

=

ρ K .VK

= (4853,936 kg/m3)(6,331 m3) = 30731,006 kg 8. Diameter Shell Equivalent, Ds Tube disusun secara triangular pitch dengan alasan : 

Susunan tube lebih kuat

432



Koefisien perpindahan panas lebih baik



Lebih mudah untuk dibersihkan



jumlah lubang tiap satuan lebih besar daripada susunan square pitch



ukuran reaktor menjadi lebih kecil dan turbulensi lebih terjamin R

d0

d0 : diameter orifice

X P

lubang

PT : pitch, jarak antar pusat

Q PT

Gambar 2.Susunan Triangular Pitch Diameter orifice pada umumnya adalah 1,5 – 3 mm, jarak antar pusat lubang dibuat relatif besar untuk menjaga agar tidak terjadi gangguan gelembung yang terbentuk dari orifice sebelahnya (Treyball, 1984). Menghtiung Clearence, C’ : C’

= 0,5 x OD

= 0,110 m

Pt

= OD + C’

= 0,329 m

Luas triangular pitch, A A

= 0,5 Pt x (Pt sin 30o) = 0,00770m2

Free area, Af

Af

= {0,5 Pt x (Pt sin 60o)} – { = 0,00150 m2

Total free volum, Vf Vf

= Af x Nt x Lt

 OD 2 4

}

433

= 3,315 m3 Volume Shell, Vs Vs

= V + Vf = 13,867 m3

Area Sheel, As

As

=

Vs Lt

= 1,733 m2 Diameter shell, Ds

Ds

=

 4 As      

0,5

= 1,486 m 9. Menentukan Dimensi Reaktor Tinggi Head Reaktor, Hs Head berbentuk elipsoidal. Hs

= 0,25 x Ds = 0,371 m

Tinggi Reaktor Total, HR HR

= Lt + 2 Hs = 8,743 m

Volume Head Reaktor, VHR

VHR

=

2 Ds 3 24

= 0,578 m3

434

Tebal Dinding Reaktor, t

 t

=

  SE  P   0,5Ds      SE  P  

0,5

 

   0,5Ds  C  

……..

(Tabel. 4 Peter)

Dimana : Ds

= diameter shell

= 1,486 m

P

= tekanan desain

= 50 atm

S

= working stress available

= 1360,9238 atm……..(Tabel. 4 Peter)

E

= welding t efficiency

=1

C

= tebal korosi yang diperbolehkan

……………...(Tabel. 4 Peter) = 0,003 m

Maka, tebal dinding reaktor adalah ; t

= 0,059 m

Outside Diameter Reaktor OD

= ID + 2t = 1,604 m

10. Menentukan Difusifitas Karbondioksida dalam Campuran a.

Difusifitas CO2dalam H2

 A   B  AB

=

2

……………………(Pers. 24-39 Welty)

 3,585  2,998 =

2 o

= 3,3395

 AB k

=

A

 A   B    x   k   k 

112,5 x 41,3 =

……………….(Pers. hal 434 Welty)

435

= 68,1634 K

68,1634 K 523,15 K

 AB kT

= = 0,1303

kT  AB

= 7,6749

D

= 0,925

Catatan : Harga i,

i k

, dan D didapat dari apendix K, Welty.

Maka,  1 1  0,001858T 2     MA MB  2 P AB  D

1

2

3

DAB

=

DCO2-H2

= 0,18561 cm2/s

Analog dengan cara diatas didapat : b. Difusifitas CO2dalam CH3OH DCO2-CH3OH= 0,06840 cm2/s c. Difusifitas CO2dalam H2O DCO2-H2O= 0,10772 cm2/s d. Difusifitas CO2 dalam O2 DCO2-O2 = 0,07138 cm2/s e. Difusifitas CO2dalam N2 DCO2-N2 = 0,05991 cm2/s f. Difusifitas CO2dalam H2S DCO2-H2S = 0,081128 cm2/s g. Difusifitas CO2dalam CH4 DCO2-CH4 = 0,15452 cm2/s

…………...(Pers. 24-33 Welty)

436

Difusifitas CO2dalam campuran, D

Dengan menggunakan persamaan, y2’ =

DCO2 - Mix

=

y 2 ' D1 2

y2 y 2  y 3  ...  y n

1  y 3 ' D13  ...  y n ' D1 n

didapat :

...…(Pers. 24-49 Welty)

= 7,193 x 10-2 cm2/s = 7,193 x 10-6 m2/s 11. Menghitung Luas Permukaan Terluar Partikel Solid per Satuan Volum Gas

ac

=

6 x (1   ) dp

………………..…..…..(Pers.

hal

713

Fogler) = 30000,00 m2/m3 12. Menghitung Global Rate, ko Menghitung Superficial velocity, u

 2,344 x10 0,67

u

3

x(1   )



0 , 67

dp

= = 42,2 m/s

Menghitung Reynold Number, NRe

 xd p xu NRe

=



…………..…………………..(Pers. 11-31 Fogler)

= 8,597 Menghitung Schmidt Number, Sc

Sc

=

 xD

= 8,597

…………………………………………..(Pers.28-2 Welty)

437

Menentukan kc

D dp

= 0,62 x (NRe)0,5 x (Sc)0,33 x

kc

……..………….(Pers. 11-49 Fogler)

= 0,6845 Menentukan jD

jD

=

2  kc    x Sc 3  u 

………………..……………………..(Pers. 30-1 Welty)

= 1,371 x 10-1

kg =

 j D xG      

 xD   x   

2

3

…………..…….(Syarifuddin

Ismail,

hal.181) = 7,135 m/s Menghitung luas permukaan external katalis

Sext

=

6 k x d p

= 10,030 m2/kg Menentukan luas permukaan internal katalis

Sint

=

a k

…………………………………..(Pers. 11-55

Fogler) = 6,181 m2/kg Menghitung De Dimana : Constriciton factor, 

= 0,8

Tortuosity, 

= 3.00

438

De

=

D x x 

= 7,673 x 10-7 m2/s Menghitung Modulus Thiele

s2

= Rx

 k x S int x  k x Cao    De  

0,5

…….(Pers. hal 618

Fogler) = 2,740 cm2/s Menghitung effectiveness factor

 =

 3      2  2 

x {2 coth (2 –1)} …..…….………..(Pers. 12.32 Fogler)

karena 2 sangat besar, maka persamaan diatas direduksi menjadi :



=

 3    2 

………………………..(Pers. 12.33 Fogler)

= 1,095

Menghitung koefisien transfer massa pada permukaan internal katalis,ks

u xdp NRe’

=

(1   ) D

………………………..(Pers.

hal

Fogler) = 1,366 x 102 Sc

= 8,597

Sh

= 0,023 x (NRe’)0,83 x Sc0,33 = 20,398

Maka,

……………(Pers. 30-18 Welty)

633

439

ks

=

(1   ) D x x Sh  dp

……………(Fogler, hal. 633)

= 2,156 x 10-4 m/s Sehingga, didapatkan harga global rate, ko

ko

=

1 1 1 1    1 k g .S ext 1 / k s .S int . 1 k ads 1 k

(Syarifuddin Ismail, hal.

187) Pada penjelasan Paten, dijelaskan bahwa reaksi yang terjadi pada reaktor tersebut menggunakan katalis dan merupakan reaksi yang sangat cepat, maka dengan persamaan diatas kads dan k akan menjadi sangat besar dan resistansinya menjadi sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Akibatnya global rate akan ditentukan oleh koefisien transfer massa kg dan ks. Dengan demikian kg dan ks merupakan parameter transpor yang signifikan dan persamaan diatas akan direduksi menjadi :

ko

=

1 1  1 k g .S ext 1 / k s .S int .

= 1,459 x 10-3 m3/kmol.s 13. Koefisien Heat Transfer Tube, hi Linear Velocity, ut

Wt 3600 x a" x Nt Gt

=

Gt

= 11,486 kg/m2.s

ut

=

=

Gt  11,486 0,4531

= 25,351 m/s

Bilangan Reynold, Re

440

Viskositas,  = 2,535 x 10-5kg/m.s

Re

=

=

 .u t .ID  0,4531 x 25,351 x 0,0779 0,02802

= 31945,176 Bilangan Prandtl, Pr Kapasitas panas,

= 105,4 kJ/kg.oC

Konduktivitas termal, kf = 0,053 W/m.oC

Pr

=

. kf

= 50509,751 Rasio Panjang Tube dan Inside Diameter, L/ID L ID

=

8 0,0779

= 102,660 Dari gambar 12.23 Coulson didapat jh = 0,004 Maka, koefisien heat transfernya adalah : kf hi

= jh x Re x Pr0,33 x

ID

= 0,004 x 31945,176 x (50509,751) 0,33 x = 2.938,118 W/m2.oC 14. Koefisien Heat Transfer Shell, ho Flux Massa Shell, Gs

0,053 0,0779

441

W fuel oil

Gs

=

=

As

96289,546 / 3600 1,733

= 15,431 kg/m2.s Tube Pitch, Pt Digunakan triangular pitch, maka : Pt

= 1,25 x OD = 1,25 x 0,0889 m = 0,111 m = 111,125 mm

Diameter Equivalent, De

De

=

=

1,1 ID

x (Pt2 – 0,917 ID2)

1,1 0,0779

x ((0,111)2 – (0,917. 0,0779 )2)

= 0,096 m Bilangan Reynold, Re Viskositas,  = 0,0251 mNs/m2

Re

=

=

G s .De  15,431 x 0,096 0,02515

= 58,72 Bilangan Prandtl, Pr Kapasitas panas, = 1,151 kJ/kg.oC

442

Konduktivitas termal, kf = 0,048 W/m.oC)

Pr

=

. kf

= 0,605 Dari gambar 12.23 Coulson didapat jh = 0,058 Maka, koefisien heat transfernya adalah :

kf ho

= jh x Re x Pr

0,33

x

De

= 0,058 x 58,72 x (0,6046) 0,33 x

0,048 0,096

= 1,431 W/m2.oC 15. Penentuan Pressure Drop Dari Fogler, persamaan 4 – 22, diperoleh rumus yang digunakan untuk menghitung pressure drop adalah : G 

WT 3600 . (a". N T )

54541,65884 kg/h 3600 s/h . 0,004761 m 2 . 277,024

 11,486 kg/m 2 .s



 dP G  1  Φ   150 1  Φ  μ  .  1,75 . G     dL ρ . g c . d p  Φ 3   dp  

11,486  1  0,4    -4 0,4531 . 9,8 . 8,5  10  0,4 3 

 1039,241 kg/m 2 .s 2 = 1039,241 Pa/m = 1,039241 kPa/m ∆P

= -dP/dL x L

 150 1  0,4  2,535.10 -5  .  1,75.11,486 -3 8,5  10  

443

= 1,039241 kPa/mx 8 m = 0,082 atm Pout= (50 – 0,082) atm = 49,992 atm IDENTIFIKASI Reaktor R – 01 1 buah

Nama Alat Kode Alat Jumlah Fungsi

Tempat

terjadinya

karbondioksida

Tipe Temperature design Tekanan design Jumlah Tube Panjang Tube Diameter Tube Diameter Reaktor Tinggi Reaktor Tebal Reaktor Bahan konstruksi

dan

reaksi

Antara

hydrogen

sehingga

menghasilkan metanol DATA DESIGN Multitubular Fixed Bed Reactor 250 oC 50 atm 277 buah 8 m 3,068 in 1,604 m 8,743 m 0,059 m Carbon steel

23. REBOILER-01 (RB-01) Fungsi

: Menguapkan kembali sebagian bottom product KD-01

Tipe

: Kettle Reboiler Vapor ke KD - 01

Steam in

Steam out

Bottom KD - 01 in

Bottom KD - 01 Out

Gamb ar :

444

Fluida Panas

: Saturated Steam W

Fluida Dingin

= 29.513,569 kg/jam = 65.065,187lb/jam

T1

= 280 oC = 536oF

T2

= 280 oC = 536oF

: Bottom Product KD-01 w

= 17.574,344 kg/jam = 38.744,146lb/jam

t1

= 99oC = 210.20oF

t2

= 99oC = 210.20 oF

Perhitungan: a. Beban Panas RB-01 Q = 45.557.144,396 Kj/jam = 43.179.835,379Btu/jam b. LMTD Fluida Dingin (oF)

Fluida Panas (oF) 536 536 Selisih

Suhu tinggi Suhu rendah

Selisih

210,20 210,20

325,80 325,80 0

Pada reboiler terjadi penguapan dengan Isothermal Boiling Point, maka LMTD (ΔT) = 325,80oF c. Tc = 536oF 

(5.14)

; tc = 210,20oF

Asumsi UD = 200 Btu/hr.ft2.oF

(Tabel 8, D.Q.Kern)

445

A =

Q (U D .T )

= 627,856ft2

Karena A> 200 ft2, maka dipilih HE dengan jenis Shell and Tube Heat Exchanger. Akan digunakan tube 1-in dengan BWG 8, L = 10,60 ft a” = 0,261ft2/lin ft

Jumlah tube, Nt =

(Tabel 10, D.Q. Kern)

A 239,28 ft 2  L x a" 10,6 ft  0,26 ft 2 / lin. ft

= 226.248

Pada tabel 9 Kern, jumlah tube yang memenuhi adalah 226 

Rencana Klasifikasi Tube Side Number and length

= 226and 10.60 ft

OD, BWG, Pitch

= 1-in, 10, 1,25-in triangularpitch

es

=2

Tube bundle diameter

= do

 Nt     Ki 

1

ni

Tabel 12.4 Coulson, Ki = 0,17 dan ni = 2,28


=1 in x

 226     0,17 

1

2.28

= 22,988in

Shell Side Digunakan shell tipe K (kettle type reboiler) 15,06 in circular bundle dalam 15,25 in shell ID 

Corrected Coefficient, UD A = 226,248 x 10,6ft x 0,261 ft2/lin ft = 627,168ft2

UD =

Q A  t

=

43.179.835,379 Btu / jam 627,856 ft 2  325,8 o F

= 200,219Btu/hr.ft2.oF

446

HOT FLUID: Tube Side, 

a’t

= 0,261ft2

at

= Nt.a’t / 144.n

=

226  0,26 ft 2 144 x 2

… (Tabel 10, D.Q. Kern) ... (7.48)

= 0,205ft2

Laju Alir, Gt Gt

= w/at

61.646,601 lb / hr 0,205 ft 2 = 

Pada Tc = 536oF μ

= 0,044lb/ft.hr

D

= 0,782in = 0.065ft

Ret

= D.Gt/μ

= 



=300.070,666lb/hr.ft2

jH


0,065 ft  300.070,666 lb / hr. ft 2 0,044 lb / ft.hr

= 600

Prandalt Number (Pr) =

(Fig. 24, D.Q. Kern)       k 

=9,647 Btu / lb oF

k

= 0,2431Btu / ft hr oF

Pr

=

 9,647 x 0,044    0,431  

1/ 3

= 1,776

hi

=

 k     JH      D  k 

= 436.779,206

1/ 3

t

1 3

447

hi

t

h io

t

= 600

hi =

0,2431 Btu / ft.hr.o F 0,0652 ft

. 1,776^0,33 = 2.710,875Btu/hr.ft2.oF

ID t OD .

= 2.710,875Btu/hr.ft2.oF . (0,782 in / 1 in) = 2.119,904Btu/hr.ft2.oF COLD FLUID : Shell Side, = 210,20oF

Tavg Baffle spacing

= 2 in

Clearance

= 0,25 in



As

Luas area laluan (As)

=

=

ID  C ' B 144  Pt

15,25 in  0,25 in  2in 144 in 2 / ft 2  1,25 in

= 0,042ft2 

Gs

Laju alir (Gs)

=

=

W As 38.744,146 lb/jam 0,042 ft 2

= 914.616 lb/jam ft2 

Reynold Number (Res)



Viskositas ( ) Diameter Ekivalen

= 0,412

= 0,99

= 0,72 in

= 0,06ft

lb/ ft hr (Kern, Gambar 28)

448



Gs . De 



914.616 lb/jam ft 2  0,06 ft 0,99 lb/ft jam

Res

= 549.19.9 

JH



Pada Tavg

= 450

(Kern, Gambar 28)

= 210.20oF = 1,0020Btu/lb oF

= 0,0137Btu/jam.ft oF

k


=

 .     k 

1

3

 1,0020 Btu/lb. o F  0,99 lb/jam ft    0,0137 Btu/jam.ft .o F  

1

3

= 4,174



ho

=

 .  jH    k 

1

3

 k        D    w 

0 ,14

 0,0137 Btu/jam.ft .o F   0,06 ft  

4,174   = 450 x

= 428,927Btu/jam.ft2.oF

 ID    OD 

hi  

hio

=

= 2.710,875

 0,782     1   

x1

449

= 2.119,904 Btu/jam.ft2.oF 

Clean Overall Coefficient, Uc

Uc

=

= 

hio  ho hio  ho 2.119,904 x 428,927 2.119,904  428,927

...(6.38)

= 356,777Btu/hr.ft2.oF

Dirt Factor, Rd

Rd =

=

UC  U D U C U D (356.,77  200,219) hr. ft 2 .o F / Btu (356,777 x 200,219)

...(6.13)

= 0,0022 hr.ft2.oF/Btu

PRESSURE DROP HOT FLUID: Tube Side, Saturated Steam 

Ret

= 436.779,206

ƒ

= 1,50 x 10-4 ft2/in2

s

=1

ΔPt

=

=

fGt 2 Ln 5,22  1010 Dst

(Fig.26, D.Q. Kern)

7.45

1,50 x10 4  300.070,666 2 10,60  2 5,22  1010  0,06  1

= 0,0842Psi 

(V2/2g) = 1,30 x 10-3 ΔPr

= (4n/s)(V2/2g) = (4 x 2/1)(1,30 x 10-3) = 0,0416Psi

(Fig.27, D.Q. Kern) 7.46

450



ΔPT

= ΔPt + ΔPr

7.47

= (0,0842+ 0,0416) Psi = 0,1258Psi COLD FLUID, shell side 

Res

= 54.919,9 = 3,10 x 10-3

f 

Jumlah Lintasan 

Nt + 1 Ds

12 . L B

=

12  10,6 ft 0,17 ft

= 763,20

= ID Shell = 1 ft

 Ps Gs = 914.615,9 lb/jam ft2 s

= 1,46

Ps=

=

f . G s2 . Ds . (N t  1) 5,22 1010 . De . s.  t 3,10 x 10 -3  (914.615,9 lb/jam ft 2 ) 2  1 ft  763,20 5,22 . 1010  0,06 ft  1,46

= 0,5522 Psi


IDENTIFIKASI Reboiler RB-01 1 buah Kontinyu Menguapkan kembali sebagian bottom product kolom distilasi-01 (KD-01)

451

DATA DESIGN Kettle reboiler Carbon steel 0,0022 356,777 200,219

Tipe Bahan Konstruksi Rd Calculated UC UD

Tube Side 226 10,60 ft 1,00 in, 0,87 in 10 11/4 - in, Triangular pitch 0,13 Psi 4

Jumlah Panjang OD, ID BWG Pitch ΔP

Shell Side ID 15,25 in Baffle space 2 in 1 ΔP 0,552 Psi

24. REBOILER-02 (RB-02) Fungsi

: Menguapkan kembali sebagian bottom product KD-02

Tipe

: Kettle Reboiler Vapor ke KD - 01

Steam in

Steam out Bottom KD - 01 Out

Bottom KD - 01 in

Gambar :

Fluida Panas

: Saturated Steam W

= 19.154,0333 kg/jam = 42.226,7046lb/jam

T1

= 380 oC = 716oF

T2

= 380 oC = 716oF

452

Fluida Dingin

: Bottom Product KD-02 w

= 8.615,2916 kg/jam = 18.993,1473lb/jam

t1

= 99oC = 210.20oF

t2

= 99oC = 210.20 oF

Perhitungan: a. Beban Panas RB-01 Q = 43.229.427,3908 Kj/jam = 40.973.585,6588Btu/jam b. LMTD Fluida Dingin (oF)

Fluida Panas (oF) 716 716 Selisih

Suhu tinggi Suhu rendah

Selisih

210,20 210,20

505,80 505,80 0

Pada reboiler terjadi penguapan dengan Isothermal Boiling Point, maka LMTD (ΔT) = 505,80oF c. Tc = 716oF

(5.14)

; tc = 210,20oF

Asumsi UD = 250 Btu/hr.ft2.oF



(Tabel

8,

D.Q.Kern)

A =

Q (U D .T )

= 324,0299ft2

Karena A> 200 ft2, maka dipilih HE dengan jenis Shell and Tube Heat Exchanger. Akan digunakan tube 1-in dengan BWG 8, L = 10,60 ft a” = 0,261ft2/lin ft

Jumlah tube, Nt =


A 324,0299 ft 2  L x a" 10,6 ft  0,26 ft 2 / lin. ft

= 116,764

Pada tabel 9 Kern, jumlah tube yang memenuhi adalah 117

453



Rencana Klasifikasi Tube Side Number and length

= 117and 10,60 ft

OD, BWG, Pitch

= 1-in, 10, 1,25-in triangularpitch

es

=2


= do

 Nt     Ki 

1

ni

Tabel 12.4 Coulson, Ki = 0,17 dan ni = 2,28


=1 in x

 117     0,17 

1

2.28

= 17,2341in

Shell Side Digunakan shell tipe K (kettle type reboiler) 15,06 in circular bundle dalam 15,25 in shell ID 

Corrected Coefficient, UD A = 226,248 x 10,6ft x 0,261 ft2/lin ft = 627,168ft2

UD =

Q A  t

=

40.973.585,6588 Btu / jam 324,0299 ft 2  505,8 o F

= 249,4961 Btu/hr.ft2.oF

HOT FLUID: Tube Side, 

a’t

= 0,261ft2

at

= Nt.a’t / 144.n

=

117  0,26 ft 2 144 x 2

… (Tabel 10, D.Q. Kern) ... (7.48)

= 0,1064ft2

Laju Alir, Gt Gt

= w/at

=

42.226,7049 lb / hr 0,205 ft 2

=397.030,78lb/hr.ft2

454



Pada Tc = 716oF μ

= 0,044lb/ft.hr

D

= 0,782in = 0.065ft

Ret

= D.Gt/μ

= 



jH


0,065 ft  397.030,78 lb / hr. ft 2 0,044 lb / ft.hr

= 577.913,1672

= 650

(Fig. 24, D.Q. Kern)

Prandalt Number (Pr) =

      k 

=9,647 Btu / lb oF

k

= 0,2431Btu / ft hr oF

Pr

=

 9,647 x 0,044    0,431  

1 3

1/ 3

= 1,776  k         D  k 

1/ 3

JH 

hi

hi

=

t

h io

t

= 650

hi =

t

0,2431 Btu / ft.hr.o F 0,0652 ft

. 1,776^0,33 = 2.936,7815Btu/hr.ft2.oF

ID t OD .

= 2.936,7815Btu/hr.ft2.oF . (0,782 in / 1 in) = 2.296,5631Btu/hr.ft2.oF COLD FLUID : Shell Side, Tavg

= 210,20oF

Baffle spacing

= 2 in

Clearance

= 0,25 in

455



Luas area laluan (As)

As

=

=

ID  C ' B 144  Pt

15,25 in  0,25 in  2in 144 in 2 / ft 2  1,25 in

= 0,042ft2 

Laju alir (Gs)

Gs

=

=

W As 18.993,1473 lb/jam 0,042 ft 2

= 448.362,8lb/jam ft2 

Reynold Number (Res)

 Viskositas ( ) Diameter Ekivalen

= 0,412

= 0,99

= 0,72 in

lb/ ft hr

= 0,06ft

(Kern, Gambar 28)



Gs . De 




Res

= 26.922,82 

JH



Pada Tavg k

= 450

(Kern, Gambar 28)

= 210.20oF = 1,0020Btu/lb oF = 0,0137Btu/jam.ft oF

456


=

 .     k 

1

3

 1,0020 Btu/lb. o F  0,99 lb/jam ft    0,0137 Btu/jam.ft .o F  

1

3

= 4,174



ho

=

 .  jH    k 

1

3

 k        D    w 

0 ,14

 0,0137 Btu/jam.ft .o F   0,06 ft  

4,174  

= 450 x

x1

= 428,972Btu/jam.ft2.oF

 ID    OD 

hi  

hio

=

= 2.936,7815

 0,782     1   

= 2.296,5631 Btu/jam.ft2.oF 

Clean Overall Coefficient, Uc

Uc

=

= 

hio  ho hio  ho 2.296,5631 x 428,972 2.296,5631  428,972

Dirt Factor, Rd

...(6.38)

= 361,4566Btu/hr.ft2.oF

457

Rd =

=

UC  U D U C U D

...(6.13)

(361,4566  249,4961) hr. ft 2 .o F / Btu (361,4566 x 249,4961)

= 0,0012 hr.ft2.oF/Btu

PRESSURE DROP HOT FLUID: Tube Side, Saturated Steam 

Ret

= 577.913,1672

ƒ

= 1,50 x 10-4 ft2/in2

s

=1

ΔPt

=

=

fGt 2 Ln 5,22  1010 Dst

(Fig.26, D.Q. Kern)

7.45

1,50 x10 4  397.030,78 2 10,60  2 5,22  1010  0,06  1

= 0,1474Psi 

(V2/2g) = 1,30 x 10-3 ΔPr

= (4n/s)(V2/2g)

(Fig.27, D.Q. Kern) 7.46

= (4 x 2/1)(1,30 x 10-3) = 0,0013 Psi 

ΔPT

= ΔPt + ΔPr = (0,1474+ 0,0013) Psi = 0,1890Psi

COLD FLUID, shell side  f 

Res

= 54.919,9 = 3,10 x 10-3

Jumlah Lintasan

7.47

458

12 . L B



Nt + 1 Ds

=

12  10,6 ft 0,17 ft

= 763,20

= ID Shell = 1 ft

 Ps Gs = 448.362,8lb/jam ft2 s

= 1,46

Ps=

f . G s2 . Ds . (N t  1) 5,22 1010 . De . s.  t

=

3,10 x 10 -3  (448.362,8 lb/jam ft 2 ) 2  1 ft  763,20 5,22 . 1010  0,06 ft  1,46

= 0,1327 Psi


IDENTIFIKASI Reboiler RB-02 1 buah Kontinyu Menguapkan kembali sebagian bottom product kolom distilasi-02 (KD-02)

Tipe Bahan Konstruksi Rd Calculated UC UD Jumlah Panjang OD, ID BWG Pitch

DATA DESIGN Kettle reboiler Carbon steel 0,0012 461,356 249,432 Tube Side 117 10,60 ft 1,00 in, 0,87 in 10 11/4 - in, Triangular pitch

ID Baffle space ΔP

Shell Side 15,25 in 2 in 1 0,1327 Psi

459

ΔP

0,1890 Psi 4

25. TANGKI – 01(T-01) Fungsi : Untuk menampung top produk dari Kolom Destilasi (KD-01) Tipe

: Silinder vertical dengan head type ellipsoidal

Bahan : Carbon Steel Gambar

:

He

Hs

Dt

1. Data-data Temperatur, T

: 30 OC

Tekanan, P

: 1 atm

Laju alir, Ws

: 30684,7821kg/jam

Densitas, 

: 782,2kg/m3

Faktor keamanan,f

: 10 %

Lama penyimpanan

: 3 hari

Jumlah

:5

2. Kapasitas Tangki, Vt

460

Vt

=

=

Laju alir massa x lama persediaan  30684,7821 kg / jam x 24 jam / hari x 3 hari 782,20 kg / m 3

Vt = 2824,475 m3 Jumlah tangki = 5 Jadi kapasitas tangki :

2824,475 m 3 5 Vt

= = 564,895 m3

Volume tangki,Vt

= ( 100% + 10% ) x Vt = ( 1 + 10%) x564,895m3 = 621,384 m3

3. Diameter Tangki Volume bagian silinder, Vs Vs

=

 r2 H  D   2

 =

=

H =3/2D 2

 3  D   2 

3  D3 8

= 1,1775 D3

Volume bagian head, Vh Vh

= /24 x D3

Vh

=0,1308 D3

Jadi,

h = ¼ D(Tabel 4, Peter, hal 538)

461

Vt

= Vs + Vh

Vt

= 1.1775 D3 + 0.13 D3 = 0,1308 D3

Dt

= (Vt/1,3084)1/3 = (621,384m3/ 1.31)1/3 = 7,8021m = 307,1711in

4. Tinggi Tangki, Ht Tinggi Silinder

=H

= 3/2 D

= 11,7032 m

Tinggi Head

=h

=¼D

= 1.9505m

Ht

=H+h = 11,7032m +1,9505m = 13,6538m

5. Tebal dinding tangki,t 

 P. D   C 2 S . E  0 . 2 P  

t  

(Table 4, hal 537,Peters and Timmerhaus)

Dimana : P

= Tekanan design

= 1 atm

D

= diameter vessel

= 307,1711in

S

= Working stress allowable

= 13700psi

E

= t effisiensi

= 0.85(Table 4, Peter, hal538)

C

= Korosi maksimum

= 0.010 in

Maka : t

= 0,2038in = 0,0052 m = 0,5178 cm

6. Outside diameter, OD

= 14.70 psi (Table 4, Peter, hal538) (Table 6, Peter, hal542)

462

OD

= D + 2t = 7,8021m + (2 x 0,5178) m = 7,8125m

Nama Alat Kode Alat Jumlah Fungsi

IDENTIFIKASI Tangki T-01 5 Unit Menyimpan top produk dari Kolom Destilasi (KD01)

Tipe Kapasitas Tekanan Temperatur Diameter OD Tinggi Tebal Dinding

DATA DESIGN silinder vertical dengan head type ellipsoidal 621,385 m3 1 atm o 30 C 7,8021 m 7,8125 m 13,6538 m 0.0052 m

Bahan Konstruksi

Carbon steel

463

464

465

466

Lampiran Iii Spesifikasi Alat 5b3j6l

Overview 6h3y3j

More details h6z72

Related Documents 543cg

Lampiran Iii Spesifikasi Alat 5b3j6l

Lampiran C Spesifikasi Alat.docx 127036

Daftar Harga Dan Spesifikasi Alat Berat 1l4b1q

Lampiran 1j2d3d

Iii. Spo Pengadaan Alat Dan Obat Rs 5sn5x

Spesifikasi Pompa 2m4g3t

More Documents from "Aw Ew" 1ht2n

Lampiran Iii Spesifikasi Alat 5b3j6l

2 Ujian Teknologi Informasi Perkantoran Modern.pdf 3k5v3p

Hesychasm (i).pdf 73u6q

Timetable Csec 2018 January 6o4t65

Andy Puddicombe, David Cox-the Science Behind Meditation - Headspace.com (2013).pdf 4j82s

Silabus Fisika Kelas X 1t4k47