TUGAS PERANCANGAN MENARA DESTILASI

TUGAS PERANCANGAN ALAT PROSES PERANCANGAN TRAY MENARA DESTILASI PEMISAHAN FORMAMID DAN AIR

Disusun oleh : Kelompok

: Tiga (3)

Anggota Kelompok

: 1. Arif Budiman 2. Elza Jamayanti 3. Naufal Alif Syarifuddin 4. Ridwan Arifudin 5. Rizky Dian Fitrianto

Semester

: VI (Enam)

Jurusan

: Teknokimia Nuklir 2014

Dosen

: Dr. Deni Swantomo, M.Eng

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIR BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL YOGYAKARTA 2016

PERHITUNGAN MENARA DISTILASI DENGAN SHORTCUT Jenis

: Menara sieve tray

Top

Feed

Bottom

Gambar 1. Menara Distilasi

Pada perancangan menara distilasi digunakan condenser total, dimana uap yang masuk pada kondisi dew point akan dicairkan seluruhnya pada suhu tertentu. Reboiler yang digunakan adalah reboiler parsial, dimana cairan yang masuk ke reboiler tidak semuanya diuapkan.Uap hasil reboiler dimasukkan kembali ke dalam menara dan cairan yang tidak diuapkan sebagai hasil bottom. Pada proses ini diambil air sebagai light key component dan formamid sebagai heavy key component. Asumsi yang digunakan dalam perhitungan menara distilasi adalah : 1). Fasa cair merupakan larutan ideal 2). Fasa uap merupakan gas ideal 3). Pada setiap plate terjadi kesetimbangan fase uap-cair 4). Tidak terjadi pertukaran panas dari atau kelingkungan 5). Penurunan tekanan di tiap plate sama 6). Aliran fasa uap dan cair equimolal 7). Panas pencampuran dan panas pengenceran diabaikan

Langkah-langkah yang dilakukan pada perancangan menara distilasi adalah sebagai berikut : 1. Menentukan kondisi operasi pada umpan, distilat, dan bottom. 2. Menentukan key component dan distribusi non-key component.. 3. Menentukan Refluks Minimum dan Jumlah Plate Minimum. 4. Penentuan plate umpan. 5. Melakukan perhitungan dengan metode plate to plate, yaitu perhitungan dilakukan pada setiap stage pada menara distilasi. Perhitungan dilakukan dengan menyusun neraca massa total, neraca massa komponen, neraca panas dan persamaan kesetimbangan pada setiap stage. Perhitungan dimulai dari stage paling atas (sebelum masuk kondenser) sampai stage paling bawah (reboiler), sampai diperoleh komposisi komponen sesuai dengan spesifikasi hasil yang diinginkan. 6. Perhitungan beban reboiler dan condenser. 7. Perhitungan mechanical design menara distilasi. Perhitungan ini menyangkut ukuran atau dimensi menara distilasi.

Kondisi operasi : Feed plate

: T = 103,184 °C

Top plate

: T = 135,321 °C

Bottom plate : T = 241,379 °C Menara distilasi bekerja pada tekanan 1,8 – 2,2 atm. Komposisi hasil distilat dan bottom adalah : Komponen Metil Formiat (HCOOCH3) Metanol (CH3OH) Air (H2O) Formamid (HCONH2) TOTAL

Umpan kg/jam 124,1945

Destilat Bottom BM kg/jam kg/jam kg/kmol 124,1535722 0,0480424 60,053

651,7378

650,18772

1,16946

32,04

220,9596

216,471195

4,417853

18,01

898,5300

17,946

1776,51

45,02

1895,4219

1008,758487 1782,145355

A. Kondisi Umpan Umpan masuk menara distilasi dalam keadaan cair jenuh sehingga kondisi operasi pada keadaan ini dapat ditentukan melalui trial suhu hingga ∑yi = 1 dengan menggunakan persamaan kesetimbangan : yi = Ki. Xi

()

nilai Ki dapat dihitung dengan persamaan dibawah ini : Ki = Pi/PT

()

dengan : yi =fraksi mol komponen di fase uap xi = fraksi mol komponen di fase cair Ki = konstanta kesetimbangan PT = tekanan total, Pi = tekanan uap komponen Tekanan uap (Pi) masing – masing komponen dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Antoine berikut : 𝑙𝑜𝑔𝑃𝑜 = 𝐴 +

𝐵 𝑇

+ 𝐶. 𝑙𝑜𝑔𝑇 + 𝐷𝑇 + 𝐸𝑇 2

()

dengan : Po = tekanan uap, mmHg T = suhu cairan, K Nilai konstanta A, B, C, D, dan E diperoleh dari Yaws (1999). Didapat suhu umpan, Tumpan = 376,3342 K (= 103,1842 oC) KOMPONEN

kmol/jam

Xi

Po, mmHg

Ki=Po/P

y=K.xi

HCOOCH3

2.0682

0.0379

6255.8402

4.1157

0.1559

CH3OH

20.3295

0.3723

2921.8591

1.9223

0.7157

H2O

12.2648

0.2246

850.0054

0.5592

0.1256

HCONH2

19.9384

0.3652

11.3884

0.0075

0.0027

TOTAL

54.6009

1.0000

B. Kondisi Operasi Atas (Distilat)

1.0000

Hasil distilat juga dalam keadaan jenuhnya, sehingga suhu keluaran atas MD – 01 di-trial hingga Ʃxi =1 dengan menggunakan persamaan kesetimbangan (1), dengan PT = 1,8 atm. Dari perhitungan, kondisi kesetimbangan di bawah didapatkan suhu (T) pada dew point = 387,2495 K ( ≈ 114,0995 oC). KOMPONEN

kmol/jam

Yi

Po, mmHg

Ki=Po/P

x=K.yi

HCOOCH3

2.0674

0.0598

7988.8696

5.8398

0.0102

CH3OH

20.2930

0.5869

4049.7630

2.9604

0.1982

H2O

12.0195

0.3476

1229.9921

0.8991

0.3866

HCONH2

0.1994

0.0058

19.4886

0.0142

0.4047

TOTAL

34.5793

1.0000

0.9998

C. Kondisi Operasi Bawah (Bottom) Kondisi pada bottom berupa cair jenuh (bubble point), sehingga dilakukan trial suhu hingga Ʃyi = 1 dengan menggunakan persamaan kesetimbangan (1), dengan P T = 2,2 atm. Dari perhitungan, didapatkan suhu (T) pada bubble point = 514,5796 K (=241,4296 oC).

KOMPONEN

kmol/jam

xi

Po, mmHg

Ki=Po/P

y=K.xi

HCOOCH3

0.0008

4E-05

62435.7172

37.3419

0.0015

CH3OH

0.0365

0.0018

62917.7591

37.6302

0.0685

H2O

0.2453

0.0123

25709.6872

15.3766

0.1884

HCONH2

19.7390

0.9859

1257.4821

0.7521

0.7415

TOTAL

20.0216

1,0000

0.9999

D. Penentuan Key Component Pemilihan key component didasarkan pada zat yang kita ingin pisahkan dan volatilitas relatifnya. Volatilitas relatif, , tiap komponen dihitung dengan persamaan :

i 

P0,i P0, HK

()

dengan subskrip HK mengacu pada heavy key. Volatilitas rata –rata dihittung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

 avg  4  d   2f   b

()

dengan, αavg

: volatilitas rata –rata

αd

: volatilitas di distilat

αf

: volatilitas di umpan (feed)

αb

: volatilitas di bottom

sehingga diperoleh dapat volatilitas sebagai berikut : Komponen

α,f

α,d

α,b

αavg

HCOOCH3

70.3261

409.9261

49.6514

100.1653

CH3OH

61.6664

207.8021

50.0347

79.2966

H2O

24.0472

63.1135

20.4454

29.3908

HCONH2

1.0000

1,0000

1,0000

1,0000

Dalam perancangan MD-01 ini key component yang dipilih adalah sebagai berikut: Light key component

= Air

Heavy key component

= Formamid

E. Menentukan Refluks Minimum dan Jumlah Plate Minimum Besarnya refluks minimum dapat dihitung dengan persamaan Fenske :  i . X iD  R min  1 i 



()

sedangkan nilai  dapat ditentukan dengan persamaan :  i .Z iF  1 q i 



()

dengan : Rmin

= refluks minimum

q

= rasio panas untuk menguapkan umpanterhadap panas laten penguapan umpan

XD

= fraksi mol fase cair di distilat

ZF

= fraksi mol fase cair di umpan

Apabila umpan menara distilasi pada keadaan cair jenuh dengan q = 1. Dari hasil perhitungan diperoleh: θ = 30.8050 Rmin = 0.6189 Sedangkan untuk jumlah plate minimum dapat dihitung dengan persamaan Underwood:

x  x  log  LK   HK   xHK  d  xLK  b Nm  log  LK

()

Dengan, Nm

= jumlah plate minimum

𝑋

[𝑋 𝐿𝐾 ] = 60.2832 𝐻𝐾

𝑑

𝑋𝐻𝐾

[ 𝑋 ] = 80.4702 𝐿𝐾

𝑏

𝛼𝐿𝐾,𝑎𝑣𝑔 = 29.0644 Sehingga, 𝑁𝑚 = 2.5187 F. Perhitungan distribusi non-Key component Distribusi dari non-key component didapatkan dengan menggunakan persamaan:

d   d    nk         b nk  b lk   lk 

Nm

()

dengan di  bi  fi

Distribusi komponen yang didapatkan adalah :

Komponen

Umpan, kmol/jam

xi

Distilat,

xiD

kmol/jam

Bottom,

xiB

kmol/jam

HCOOCH3

2.0682

0.0379

2.0674

0.0598

0.0008

0,0000

CH3OH

20.3295

0.3723

20.2930

0.5869

0.0365

0.0018

H2O

12.2648

0.2246

12.0195

0.3476

0.2453

0.0123

HCONH2

19.9384

0.3652

0.1994

0.0058

19.7390

0.9859

Total

54.6009

1,0000

34.5793

1,0000

20.0216

1,0000

G. Perhitungan Reflux dan Jumlah Stage Ideal Hubungan antara jumlah plate minimum (Nm) dan reflux ratio minimum (Rm) ditentukan dengan persamaan: 𝑅𝑜𝑝 = 1.3 𝑥 𝑅𝑚

()

Untuk mencari jumlah plate actual (N) digunakan grafik 11.11 Coulson.

𝑅𝑜𝑝

Sebelumnya dibutuhkan data berupa (𝑅

𝑜𝑝 +1

grafik sehingga diperoleh nilai

𝑁𝑚 𝑁

𝑅𝑚

) dan (𝑅

) untuk dimasukkan ke dalam

𝑚 +1

𝑅𝑜𝑝 = 0.8046 (𝑅

𝑅𝑜𝑝

) = 0.4459

𝑜𝑝 +1

𝑅𝑚

(𝑅

) = 0.3823

𝑚 +1

Dari grafik 11.11 Coulson diperoleh: 𝑁𝑚 𝑁

= 0.5

sehingga, nilai N sebesar = 5,0375

H. Perhitungan Efisiensi Efisiensi kesuluruhan dari menara distilasi dihitung menggunakan persamaan O’ Connell (Coulson and Richardson, 1983).

Eo  51  32.5log(a a )

()

dengan: E0

: efisiensi overall (%)

μavg

: viskositas pada suhu rata-rata (cp)

αavg

: volatilitas relatif light-key component pada suhu rata-rata

Data dan rumus untuk menentukan viskositas dari masing –masing komponen antara lain: log   A 

B  C.T  D.T 2 T

()

KOMPONEN

A

B

C

D

HCOOCH3

-8,0637

1,01×103

2,09×10-2

-2,30×10-5

CH3OH

-9,0562

1,25×103

2,24×10-2

-2,35×10-5

H2O

-10,2158

1,79×103

1,77×10-2

-1,26×10-5

HCONH2

-10,3646

1,97×103

1,82×10-2

-1,26×10-5

T dalam K dan μ dalam mNs/m2 Suhu yang digunakan adalah suhu rata – rata antara suhu distilat dan suhu bottom: 𝑇=

𝑇𝑑𝑖𝑠𝑡𝑖𝑙𝑎𝑡 + 𝑇𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚 387.2495 + 514.5796 = = 450.9146 2 2

Data relative volatility untuk masing – masng komponen pada suhu 294,0271 K adalah sebagai berikut: μ, mNs/m2

KOMPONEN HCOOCH3

0.0839

CH3OH

0.1092

H2 O

0.1490

HCONH2

0.4457

Diperoleh: μavg = 0.1970 cp αavg = 29.0644 E0 = 26.3729 %

𝐸0 =

𝑁𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙

()

𝑁𝑎𝑘𝑡𝑎𝑙

𝑁𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 =

𝑁𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 − 1 = 15.3092 ≈ 16 𝑠𝑡𝑎𝑔𝑒𝑠 𝐸0

I. Penentuan Letak Feed Plate Penentuan letak plate umpan ditentukan menggunakan persamaan Kirkbride (1994) sebagai berikut:  B x N    f , HK log  r   0,206 log    D   Ns   x f , LK 

 xb , LK   x  d , HK

dengan : Nr

= jumlah plate di atas feed plate

Ns

= jumlah plate di bawah feed plate

Perhitungan dijabarkan sebagai berikut: 

B = 20.0216 D = 34.5793 B/D = 0.5790



Xf,HK = 0.3652

   

2

   

()

Xf,LK = 0.2246 (Xf,HK/ Xf,LK) = 1.6257 

Xb,LK = 0.0123 Xb,HK = 0.9859 (Xb,LK/Xb,HK)2 = 0.000154429

Sehingga, Log(Nr/Ns) = -0.7905 Nr/Ns = 0.1620 Nr + Ns = 16 Nr = 2.2304 Ns = 13.7696 Maka stage umpan adalah stage ke-3 dari atas atau stage ke-14 dari bawah.

MECHANICAL DESIGN

DATA NERACA MASSA Komponen

Umpan kg/jam 124,1945

Metil Formiat (HCOOCH3) Metanol (CH3OH)

Destilat Bottom BM kg/jam kg/jam kg/kmol 124,1535722 0,0480424 60,053

651,7378

650,18772

1,16946

32,04

Air (H2O)

220,9596

216,471195

4,417853

18,01

Formamid (HCONH2)

898,5300

17,946

1776,51

45,02

TOTAL

1895,4219

Komponen

1008,758487 1782,145355

Umpan Destilat Kmol/jam kmol/jam 2,0681 2,0674

Metil Formiat (HCOOCH3) Metanol (CH3OH) Air (H2O) Formamid (HCONH2) TOTAL

Bottom kmol/jam 0,0008

BM kg/kmol 60,053

20,3414

20,2930

0,0365

32,04

12,2687

12,0195

0,2453

18,01

9,9837

0,1994

19,7390

45,02

44,6618

34,5793

20,0216

1. Pemilihan Tray Jenis tray yang dipilih adalah sieve tray dengan pertimbangan harga dan pressure drop tiap plate paling rendah dibandingkan dengan bubble captray atau valve tray. Jenis ini juga dapat dioperasikan untuk kapasitas yang cukup besar.

2. Perhitungan Column Diameter Flowrate: Distilat (D)

= 1008,758487 kg/jam

Bottom (B)

= 1782,145355 kg/jam

Physical Properties: Top product : Density liquid (ρL)

= 789.7772 kg/m3

Density vapor (ρV)

= 1.6379 kg/m3

Surface tension(σ)

= 2,73749E-06 N/m

Bottom product : Density liquid (ρL)

= 854.6881 kg/m3

Density vapor (ρV)

= 2.0360 kg/m3

Surface tension (σ)

= 2,6775E-06 N/m

Diameter suatu menara sangat ditentukan oleh kecepatan uapnya, sedangkan kecepatan uap ini sangat dibatasi oleh terjadinya flooding. Maka pada perancangan diameter kolom harus diperkirakan kecepatan flooding, sehingga digunakan persamaan pandekatan yang diajukan oleh Fair, 1961.

U f  K1 .

FLV 

 L  V V

LW V . VW  L

(Coulson, 1983)

dengan : Uf

= flooding vapor velocity, m/s

K1

= konstanta, tergantung pada FLV dan plate spacing (Coulson, 1983)

FLV

= liquid–vapor flow factor

LW

= liquid mass flow rate, kg/s

VW

= vapor mass flow rate, kg/s

 Menghitung Flooding Velocity (FLV) 

Top Lw = R × D Lw = 0,8046 × 1008,758487 Lw = 0,2254 kg/s Vw = ( R × D ) + D

kg jam

×

1 jam 3600 s

Vw = 0,2254

kg s

+ (1008,758487

kg jam

×

1 jam 3600 s

)

Vw = 0,5056 kg/s

FLV =

0,2254 kg/s 0,5056 kg/s

1,6379 kg/m3

× √789,7772 kg/m3

FLV = 0,0203 

Bottom Vw = R × B Vw = 0,8046 × 1782,145355

kg jam

×

1 jam 3600 s

Vw = 0,3983 kg/s Lw = (R × B) + B Lw = 0,3983

kg s

+ (1782,145355

kg jam

Lw = 0,8934 kg/s

FLV =

0,8934 kg/s 0,3983 kg/s

2,0380 kg/m3

× √854,6881 kg/m3

FLV = 0,1094

Hasil perhitungan : FLV bottom

= 0,0203

FLV top

= 0,1094

tray spacing

= 0,5 m

×

1 jam 3600 s

)

dari fig.11.27 (Coulson and Richardson, 1983), didapatkan:

Berdasarkan grafik diatas didapatkan data sebagai berikut : K1 top

= 0,110

K1 bottom

= 0,090

   Koreksi untuk surface tension, mengalikan K1 dengan    0,02  Koreksi K1 top = [

2,73749 × 10−6 N/m 0,02

Koreksi K1 bottom = [

0,2

]

2,6775 × 10−6 N/m 0,02

Koreksi K1top

= 0,0185

Koreksi K1bottom

= 0,0151

= 0,0185 N/m 0,2

]

= 0,0151 N/m

 Menghitung Kecepatan Uap Flooding (Uf) kg

N

kg

789.7772 3 − 1.6379 3 m m

Uf top = 0,0185 m × √

kg

1.6379 3 m

= 0,4072 m/s

0, 2

kg

N

Uf bottom = 0,0151 m × √

kg

854,6881 3 − 2,0360 3 m m kg

2,0360 3 m

Uf top

= 0,4072 m/s

Uf bottom

= 0,3094 m/s

= 0,3094 m/s

U V  % flooding .xU f

Digunakan % flooding sebesar 80 % : UV top

= 0,3257 m/s

UV bottom

= 0,2475 m/s

 Menghitung Luas Area Kolom (Ac) Maximum volumetric flowrate: QV  QV top =

0,5056 kg/s 1.6379 kg/m3

QV bottom =

Vi

V

3 = 0,3087 m ⁄s

0,3983 kg/s 2.0360 kg/m3

Net area required : An 

3 = 0,1956 m ⁄s

QV UV

An

: Luas Area Net

Qv

: Laju Volumetrik Uap 3

An top =

0,3087 m ⁄s 0,3257 m/s

= 0,9477 m2 3

An bottom =

0,1956 m ⁄s 0,2475 m/s

= 0,7902 m2

An top

= 0,9477 m2

An bottom

= 0,7902 m2

Downcomer area diambil sebesar 12 % dari luas total, maka : Column area : AC 

An 0,88

ACtop

= 1,0769 m2

ACbottom

= 0,8980 m2

Column Diameter : DC 

4 xAC



Dc top

= 1,1712 m

Dc bottom

= 1,0695 m

Diambil diameter menara = Dc top = 1,1712 m, sehingga untuk perhitungan selanjutnya dipakai karakteristik dari aliran top.

3. Penentuan Diameter Kolom Berdasarkan Kecepatan Uap Maksimum  Bagian Atas (Top) Kecepatan Uap Maksimum : UV = (−0,171 ts 2 + 0,27 ts − 0,047) × (

ρL − ρv 0,5 ) ρv

UV = (−0,171 (0,6 m)2 + 0,27 (0,6 m) − 0,047) × (

789,7772 kg/m3 − 1,6379 kg/m3 0,5 ) 1,6379 kg/m3

Uv = 1,1722 m/s

Diameter Menara : 4 Vw

Dc = (π ρ

v

Uv

)

0,5

0,5

Dc = (

4 × 0,5056 kg/s kg

m

3,14 × 1,6379 3 × 1,1722 s m

)

Dc = 0,5792 m  Bagian Bawah (Bottom) Kecepatan Uap Maksimum : UV = (−0,171 ts 2 + 0,27 ts − 0,047) × (

ρL − ρv 0,5 ) ρv

UV = (−0,171 (0,6 m)2 + 0,27 (0,6 m) − 0,047) × ( Uv = 1,0936 m/s

Diameter Menara : 4 Vw

Dc = (π ρ

v

Uv

)

0,5

0,5

Dc = (

4 × 0,3983 kg/s 3,14 × 2,0360

kg m × 1,0936 s m3

)

854,6881 kg/m3 − 2,0360 kg/m3 0,5 ) 2,0360 kg/m3

Dc = 0,4774 m 4. Penentuan Jenis Aliran Bagian Enriching (Top) Qmax = Qmax =

Lw ρL 0,2254 kg/s 789,7772 kg/m3

= 0,0002855

m3 s

Bagian Stripping (Bottom) Qmax = Qmax =

Lw ρL 0,8934 kg/s 854,6881 kg/m3

= 0,0010452

m3 s

Berdasarkan data-data sebagai berikut dapat dipilih jenis aliran yang tepat. Dc

= 1,1712 m

Liquid flow rate

= 0,0010452

m3 s

Dari fig 11.28 ( Coulson,1983 ) diperoleh jenis aliran adalah single pass.

5. Perhitungan Lay Out Sieve Tray  Bagian Atas (Top) Ad = 0,12 × Ac = 0,12 × 1,0769 m2 = 0,1292 m2 Aa = Ac − 2Ad = 1,0769 m2 − (2 × 0,1292 m2 ) = 0,8184 m2 Ah = 0,1 Aa = 0,1 × 1,0769 m2 = 0,08184 m2

Menentukan panjang weir (lw) Penentuan panjang weir menggunakan grafik sebagai berikut :

Dc Ad Ac

= 1,1712 m × 100% =

0,1292 m2 1,0769 m2

× 100%

Ad Ac

× 100% = 12 %

Dengan menggunakan data tersebut dapat diperoleh lw/Dc = 0,78 lw Dc

= 0,78

lw = Dc × 0,78 lw = 1,1712 m × 0,78 lw = 0,8343 m

Berdasarkan perhitungan diameter kolom (menggunakan perhitungan bagian atas) dan asumsi-asumsi yang digunakan diperoleh data: Column diameter

Dc =

1,1712

m

Column area

Ac =

1,0769

m2

Downcomer area (0,12 ×Ac)

Ad =

0,1292

m2

Net area

An=

0,9477 m2 m2

Active area

Aa =

0,8184

m2

Hole area (0,1 Aa)

Ah =

0,08184

m2

Weir length (Fig. 11.31)

lw = 0,78×Dc =

0,8343

m

Weir height (asumsi)

hw =

50

mm

Diameter hole

dh =

5

mm

Tebal plate

tp =

5

m

6. Cek Weeping Batasan operasi terendah yang terjadi ketika kebocoran cairan yang melalui lubang plat berlebih disebut weep point. Kecepatan uap pada titik weep adalah nilai minimum untuk operasi yang stabil. Hole area harus dipilih sedemikian rupa sehingga pada laju operasi terendah kecepatan aliran uap masih baik di atas weep point.

Perhitungan berikut dilakukan dengan data bagian atas (Top). Hw

= 50 mm

Turn Down Ratio (TDR) = 80% Lw max

= 0,2255 kg/s

Lw min

= 0,1804 kg/s

Panjang weir (lw)

= 0,8343 m

Ketinggian cairan diatas puncak weir dihitung dengan persamaan berikut : 𝐿𝑤

ℎ𝑜𝑤 = [𝜌

𝐿 𝑙𝑤

]

2⁄ 3

Maksimum how

= 3,4809 mm liquid

Minimum how

= 2,9998 mm liquid

Pada minimum rate (hw + how) = 52,9997 mm liquid

Dari fig. 11.30 (Coulson and Richardson, 1983)

Gambar. Fig.11.30 (Coulson and Richardson, 1983) Berdasarkan grafik didapatkan : K2

= 30,2

Diameter hole

= 5 mm

uh = uh =

[K2 − 0,9(25,4−dh)] ρv 0,5 [30,2 − 0,9(25,4−5)] 1,63790,5

uh = 25,327 m/s

7. Kecepatan Uap Aktual Vh =

Laju alir uap minimum Ah

Vh =

0,9378 0,082

Vh = 11,458 m/s Vh < Uh, maka weeping tidak terjadi Diperoleh bahwa uh > vh, maka tidak terjadi weeping dengan turn-down ratio 80%.

8. Plate Pressure Drop  Dry Plate Pressure Drop Kecepatan uap maximum melalui hole Uh max : Uv max Ah 1,1723 Uh max = 0,082 Uh max =

Uh max = 14,323 m/s

Menggunakan fig 11.34 (Coulson,1983) untuk menentukan harga Co.

Tebal plate diameter hole

Ah

= 1 dan Aa = 0,1 ,

maka didapat harga Co = 0,84

hd = 51 x (

Uh max 2 ρv ) Co ρL

hd = 51 x (

14,323 m/s 2 1,6379 kg/m3 ) 0,84 789,772 kg/m3

hd = 30,749 mm cairan  Residual Head (hr) Residual Head (hr ) =

0,0125 ρL

Residual Head (hr ) =

0,0125 789,772

Residual Head (hr ) = 15,827 mm  Total Pressure Drop htot

= hd + hw + how + hr = 30,749 mm + 53,162 mm + 15,827 mm = 99,7385 mm liquid

∆P = 9,81 x 10−3 x ht x ρL ∆P = 9,81 x 10−3 x 99,7385 x 789,772 ∆P = 6,182 mmHg

9. Downcomer Pressure Loss

Gambar. Downcomer back-up Keterangan : lt

= plate spacing

hb

= Downcomer back up, diukur dari permukaan plate

hap

= tinggi celah dinding Downcomer dengan permukaan plate

hw

= tinggi weir

how

= tinggi cairan diatas weir

Downcomer pressure loss menara bagian atas : Diambil hap = hw – 5 hap = 50 mm – 5 mm hap = 45 mm = 0,045 m hap adalah ketinggian tepi bawah pinggir diatas plare, biasanya 5-10 mm di bawah ketinggian outlet weir. Aap

= hap x lw = 0,045 m x 0,834 m = 0,038 m2

Tahanan utama cairan untuk mengalir akan disebabkan oleh desakan pada downcomer outlet dan head loss dalam downcomer dapat diperkirakan menggunakan persamaan Cicalese (1947) :

hdc = 166 x (ρ hdc = 166 x (

Lw L

)2

x Aap

0,225 kg/s kg

789,7772 3 x 0,038 m2 m

)2

hdc = 0,0096 mm hdc

= head loss pada downcomer (mm)

Lw

= laju alir cairan dalam downcomer (kg/s)

Am

= downcomer area Ad, atau clearance area under the downcomer (Ap), m2

Back up pada Downcomer : hb =

( hw + how ) + htot + hdc

=

53,1619 mm + 99,7385 mm + 0,0096 mm

=

152,91 mm = 0,15291 m

Cek hb < 0,5 x ( plate spacing + weir height ) < 0,325 ( memenuhi syarat )

Sehingga tray spacing 0,5 m dapat diterima. Downcomer pressure loss menara bagian bawah : Diambil hap = hw – 5 hap = 50 mm – 5 mm hap = 45 mm = 0,045 m Aap

= hap x lw = 0,045 m x 0,834 m = 0,038 m2

hdc = 166 x (ρ hdc = 166 x (

Lw L

)2

x Aap

0,8933 kg/s kg

853,6881 3 x 0,038 m2 m

)2

hdc = 0,1287 mm

Back up pada Downcomer : hb =

( hw + how ) + htot + hdc

=

53,1619 mm + 99,7385 mm + 0,1287 mm

=

153,029 mm = 0,153 m

Cek hb < 0,6 x ( plate spacing + weir height ) < 0,325 ( memenuhi syarat ) Sehingga tray spacing 0,6 m dapat diterima.

10. Pengecekan Residence Time Residence time yang cukup dalam downcomer harus dipenuhi untuk naiknya melepas dari aliran cairan, untuk mencegah cairan teraerasi yang terbawa di bawah downcomer. Direkomendasikan paling kecil 3 detik. Menara Bagian Atas -

Ad

= 0,1292 m2

-

hb

= 0,1529 m

-

L

= 789,7772 kg/m3

-

Lw

= 0,225 kg/s

tr =

Ad hb ρL Lw

tr =

0,1292 m2 x 0,1529 m x 789,7772 kg/m3 0,225 kg/s

t r = 69,223 s

Menara Bagian Bawah -

Ad

= 0,1292 m2

-

hb

= 0,1529 m

-

L

= 854,6881 kg/m3

-

Lw

= 0,8933 kg/s

tr =

Ad hb ρL Lw

0,1292 m2 x 0,1529 m x 854,6881 kg/m3 tr = 0,8933 kg/s t r = 18,906 s 11. Pengecekan Entrainment Menara Bagian Atas Actual percentage flooding design: -

Vw

= 0,5057 kg/s

-

v

= 1,6379 kg/m3

-

Ac

= 1,077 m2

-

Uf

= 0,4073 m/s

-

FLV

= 0,02 m/s

uv =

Vw (ρv x Ac )

uv =

0,5057 kg/s (1,6379 kg/m3 x 1,077 m2 )

uv = 0,2867 m/s uv % flooding = uf % flooding =

0,2178 m/s 0,4073 m/s

% flooding = 70,4

Dari fig 11.29 (Coulson, 1983) diperoleh  = 0.07 < 0,1 jadi memenuhi persyaratan.

Menara Bagian Bawah Actual percentage flooding design: -

Vw

= 0,3983 kg/s

-

v

= 2,036 kg/m3

-

Ac

= 0,898 m2

-

Uf

= 0,3094 m/s

-

FLV

= 0,1095 m/s

uv =

Vw (ρv x Ac )

uv =

0,3983 kg/s (2,036 kg/m3 x 0,898 m2 )

uv = 0,2178 m/s uv % flooding = uf

% flooding =

0,2178 m/s 0,3094 m/s

% flooding = 70,4 Dari fig 11.29 (Coulson, 1983) diperoleh  = 0.018 < 0,1 jadi memenuhi persyaratan.

12. Tray Layout Luas Area Perforasi Area perforasi yang tersedia akan turun oleh halangan atau gangguan yang disebabkan oleh perubahan struktur (support ring dan beam), dan oleh penggunaan calming zone yaitu potongan plat nonperforasi pada sisi inlet dan outlet plat. Lebar masing-masing zona biasanya dibuat sama; nilai yang direkomendasikan : u diameter < 1,5 m -> 75 mm; diatas 1,5 m -> 100mm. Lebar support ring harus tidak panjang sampai downcomer area. Luas area unperforasi dapat dihitung dari geometri plat. Hubungan antara panjang garis weir, tinggi garis dan sudut diberikan dengan fig. 11.32. -

lw/Dc = 0,78

-

c = 105o

-

α = 180o – 105o = 75o

-

Lh/Dc = 0,12

Tray Lay Out Layout plat digunakan cartridge type construction, dengan unperforated strip around plat edge 50 mm dan lebar calming zone 50 mm

Perforated Area Panjang rata − rata unperforated edge strip = (0,5792 m − 0,05 m)π x

75 180

Panjang rata − rata unperforated edge strip = 0,6923 m Luas unperforated edge strip (Aup) = 0,05 m x 0,6923 m Luas unperforated edge strip (Aup) = 0,035 m2 Luas calming zone (Acz) = 2x0,05 m x (0,8343 m − 2x0,05 m) Luas calming zone (𝐴𝑐𝑧) = 0,073 𝑚2

𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑡𝑒𝑟𝑠𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑢 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 (𝐴𝑝) = 𝐴𝑎 − (𝐴𝑢𝑝 + 𝐴𝑐𝑧) 𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑡𝑒𝑟𝑠𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑢 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 (𝐴𝑝) = 0,8184 𝑚2 − (0,035 m2 + 0,073 m2 ) Luas total tersedia u perforated (Ap) = 0,7104 m2

13. Hole Pitch Hole pitch (jarak antar pusat lubang) lp, harus tidak kurang dari 2 x diameter lubang dan range normal 2,5 – 4,0 kali diameter lubang. Dengan range ini, pitch dapat dipilih untuk memberikan jumlah lubang aktif yang diperlukan untuk luas lubang tertentu. Dari bentuk square dan equilateral triangular yang digunakan, triangular lebih dipilih. -

Ah Ap

= 0,0818 m2 = 0,7104 m2

Ah/Ap = 0,0818 m2/0,7104 m2 Ah/Ap = 0,115

-

Lp/dh = 2,8 dh = 5 mm lp Hole pitch = ( ) x dh dh Hole pitch = (2,8)x 0,005 m Hole pitch = 0,014 m

Luas 1 hole =

1 x 3,14 x (0,014 m)2 4

Luas 1 hole = 0,00015 m2

Jumlah hole =

Ah luas 1 hole

0,0818 m2 Jumlah hole = 0,00015 m2 Jumlah hole = 532 hole