De Kanter [PDF]

Citation preview

PERANCANGAN DEKANTER Fungsi :



sebagai tempat pemisahan komponen fraksi ringan dan komponen fraksi berat. Komponen fraksi ringan selanjutnya dialirkan menuju Menara Distilasi (MD) sedangkan komponen fraksi berat dialirkan menuju UPL



Umpan masuk Dekanter



Masuk Komponen



C2H4O C6H12O3 H2O Na2SO4 Na3PO4 TOTAL



Keluar



Kg/jam



Kmol/jam



Fraksi Mol



4419.1919 11476.1364 397.5198 57.1725 66.0302 16416.0508



100.4362 86.9404 22.0844 0.4026 0.4026 210.2663



0.4777 0.4135 0.1050 0.0019 0.0019 1.0000



Kondisi operasi : Tekanan (P) = suhu (T) =



Fase Ringan kg/jam 4375.4332 11362.5000 262.5260 16000.4592



2.7 atm = 43.3 °C =



39.69 316.45



Data dari yaws (table 8-1 page 185 density of liquid) Rumus : ρ = A . B ^ -(1-T/Tc)^n Satuan = g/ml ; T = K Data Komponen C2H4O C6H12O3 H2O H2SO4 H3PO4 NaOH Na2SO4 Na3PO4



A 0.2821 0.3621 0.3471 0.4217 0.6336 0.1998 0.2614 1.6200



A*B^(-(1 - T/Tc)^n) B n 0.2600 0.2776 0.2849 0.3134 0.2740 0.2857 0.1936 0.2857 0.2740 0.2857 0.0979 0.2538 0.1000 0.2857 g/ml



Dihitung dengan persamaan : log μ = A + B/T + CT + DT^2 Data Viskositas didapat dari Table 22-1 Viscosity Liquid Yaws, 1999 dimana μ dalam cp dan T dalam Kelvin 25 30 Komponen A B C



Tc 461.0000 579.0000 647.1300 925.0000 714.8600 2820.0000 3700.0000



D



C2H4O C6H12O3 H2O H2SO4 H3PO4 NaOH



-6.6171 -14.2350 -10.2158 -18.7045 2.9013 -4.1939



Komponen C2H4O C6H12O3 H2O Na2SO4 Na3PO4 TOTAL μ umpan



ρ, kg/L 0.7487 0.9648 1.0106 2.4666 1.6200



=



ρ umpan



6.81E+02 2.19E+03 1.79E+03 3.50E+03 -1.89E-02 2.05E-03



Fv, L/jam 5902.6447 11894.5881 393.3639 23.1785 40.7594 18254.5346



2.00E-02 3.10E-02 1.77E-02 3.31E-02 -8.08E-03 2.79E-03



μ, cP 0.1986 0.7597 0.6229 0.4900 0.3263



-2.56E-05 -2.62E-05 -1.26E-05 -1.70E-05 3.58E-06 -6.16E-07



xi.μ 0.0949 0.3141 0.0654 0.0009 0.0006 0.4760



0.4760 cP 0.0005 Kg/m.s =



899.2862 Kg/m^3 56.1425 lb/ft^3



Fv (umpan) =



18254.5346 L/jam 0.0051 m^3/s



Komponen Keluar Dekanter ** FASE RINGAN Komponen C2H4O C6H12O3 H2O Na2SO4 Na3PO4 TOTAL



Komponen C2H4O C6H12O3 H2O Na2SO4 Na3PO4 TOTAL



Kg/jam 4375.4332 11362.5000 262.5260 16000.4592



ρ, kg/L 0.7487 0.9648 1.0106 2.4666 1.6200



Keluar Kmol/jam 99.4417 86.0795 14.5848 200.1060



Fv, L/jam 5844.1969 11776.8083 259.7813 17880.7865



Fraksi Mol 0.4969 0.4302 0.0729 1.0000



μ, cP 0.1986 0.7597 0.6229 0.4900 0.3263



xi.μ 0.0987 0.3268 0.0454 0.4709



μ fase ringan



=



ρ fase ringan



2.1235 cP 0.0021 Kg/m.s



=



0.0021 N.det/m2



894.8409 Kg/m^3 55.8650 lb/ft^3



Fv (fase ringan) =



17880.7865 L/jam 0.0050 m^3/s



** FASE BERAT Komponen



kg/jam 43.7587 113.6364 134.9939 57.1725 66.0302 415.5916



C2H4O C6H12O3 H2O Na2SO4 Na3PO4 TOTAL



Komponen C2H4O C6H12O3 H2O Na2SO4 Na3PO4 TOTAL



μ fase berat



ρ, kg/L 0.7487 0.9648 1.0106 2.4666 1.6200



=



ρ fase berat



Keluar kmol/jam 0.9945 0.8609 7.4997 0.4026 0.4026 10.1603



Fv, L/jam 58.4478 117.7799 133.5825 23.1785 40.7594 373.7481



1.7364 cP 0.0017 Kg/m.s =



Fraksi Mol 0.0979 0.0847 0.7381 0.0396 0.0396 1.0000



μ, cP 0.1986 0.7597 0.6229 0.4900 0.3263



0.0017 N.det/m2



1111.9564 Kg/m^3 69.4196 lb/ft^3



Fv (fase berat) =



373.7481 L/jam 0.0001 m^3/s



Cek Fase Terdispersi Untuk mengetahui fase terdispersi, digunakan persamaan (Ludwig, E.E., vol. 1, pg. 244) :



Q  L QH



  L . H     .   H L



0.3



xi.μ 0.0194 0.0644 0.4597 0.0194 0.0129 0.5759



Q  L QH



  L . H     .   H L



0.3



θ =



42.1971



Karena Ө ada di kisaran Ө > 3.3 maka terjadi inversi fase (heavy phase always dispersed) Maka diambil asumsi perancangan sebagai berikut fase terdispersi (D) fase kontinyu (C)



: :



fase berat fase ringan



Menghitung terminal settling velocity Untuk menghitung kecepatan pengendapan droplet digunakan Hukum Stoke dengan persamaan (Ludwig, E. E., vol. 1, pg. 239)



g. d 2 .  ρ D - ρ C  uD  18. μ C Ud d g ρD , ρC



= = = =



settling velocity, m/det diameter droplet, m Percepatan gravitasi = 9,81 m/det2 densitas fase yang terdispersi dan fase kontinyu, kg/m3



μc



= viskositas fase kontinyu, N.det/m2



kisaran diameter droplet yang paling bagus berkisar antara 0,00017 s/d 0,001 ft (API Design Method) diambil asumsi diameter droplet = 150 μm 0.0049212598425 ft maka UD



=



0.0013 m/det 0.0013 m/det



Menghitung Luas Interface Untuk kecepatan aliran kecil (Coulson, 1983) maka digunakan tangki silinder vertikal.



Ai = Qc/UD =



3.9616 m^2



D^2 = 4.Ai/π = D =



5.0420 m 2.2454 m 88.4030 in



Untuk dekanter silinder vertikal perbandingan tinggi dengan diameter berkisar antara 2-4 (Coulson, 1983, pg: 443) ratio H : D = H



2



=



Volume



4.4909 m 176.8061 in =



=



π . D^2 . H 4 (22/7)/4 x (1,0528 m)^2 x (3,1585 m)



=



17.7909 m^3



Cek Waktu Tinggal Droplet Diambil asumsi perancangan untuk dispersion band Hd=10%H Hd = = = t =



10%H 10% (4,4909 m) 0.4491 m Hd UD



= = Velocity of dispersed phase =



0.4491 m 0.0013 m/det 358.1897 det 5.9698 menit Qd Ai



= = Cek ukuran doplet



1/2  U d .18μ c  dd    g(ρ  ρ ) d c  



0.0001 m^3/s 3.9616 m^2 0.0013 m/s



1/2  U d .18μ c  dd    g(ρ  ρ )  d c  dd=



0,0057 m/det x 18 x 0,0005 Kg/m.s 9,81 m/s^2 x (1111,3937 Kg/m^3 - 894,3861 Kg/m^3) 0.0002 m 0.0059 in



=



Piping Arrangement To minimize entrainment by the jet of liquid entering the vessel, the inlet velocity for a decanter should keep below 1 m/s (Coulson, 1993, pg:442) Feed flow rate =



0.0051 m3/s



Area of pipe (A-pipe) =



Qf/v 0.0051 m^2



Pipe diameter



=



0.0803 m 3.1628 in



Dipakai pipa standar untuk aliran umpan : NPS = 4 in Sch. Num = 40 ID = 4.026 in OD = 4.5 in Tinggi pipa pengeluaran fase ringan dirancang 90% dari tinggi decanter



Z1 = Z3 =



0,9 x H = 0,5 x H =



0,9 x 4,909 m = 0,5 x 4,909 m =



4.0418 2.2454



Z2 = = =



( Z1-Z3) x (ρc/ρd) +Z3 (4,0418 m - 2,2454 m) x (894,3861 Kg/m^3/1111,3937 Kg/m^3) + 3,3623 m 3.6910 m



Diameter pipa outlet Diameter pipa optimum dihitung dengan persamaan 5.15 (Coulson, 1983, pg: 220)



d opt  226G 0.5  0.35 Outlet Fase Ringan d,opt =



226 x (15887,5000 kg/jam x 1 jam/3600 detik)^(1/2) x (894,3861 kg/m^3 )^(-0,35) 44.1481 mm 1.7381 in



Dipilih pipa dengan spesifikasi sebagai berikut : (Table 11 Kern, 1983) NPS = Sch. Num = ID = OD =



2 in 40 2.007 in 2.33 in



Outlet Fase Berat d,opt = =



226 x (416,0292 kg/jam x 1 jam/3600 det)^0,5 x (1111,3937 Kg/m^3)^-0,35 6.59417 mm 0.25961 in



Dipilih pipa dengan spesifikasi sebagai berikut : NPS = Sch. Num = ID = OD =



0.375 in 40 0.493 in 0.675 in



Menentukan Tebal Shell Diameter dalam = Tekanan operasi = Tekanan perancangan =



88.4030 in 39.69 psi 1,2 x 39,69 psi=



39.69 psi



Suhu operasi



=



43.3 °C 109.94 °F



Bahan konstruksi = Stainless steel SA tipe 316 Untuk T = 109,94°F, maka (appendix D, Brownell-Young, 1959) max allowable stress (f) = efisiensi sambungan (E) = faktor koreksi (C) =



18750 psi 0.8 0.125 in



Tebal shell dihitung dengan persamaan 13.1 Brownell-Young :



ts =



 p x ri     c  f .E  0,6. p 



= 47,628 psi x (41,4505 in/2) (18750 psi x 0,8) - (0,6 x 47,628 psi) = 0.2421 in



+ 0,125 in



Dari appendix F, item 2 pg 350, Brownell-Young maka dipakai : tebal shell standar, ts = (1/4) in = OD = ID + 2 . ts standar = 41,4505 in +( 2 x 1/4 in) = 88.9030 in Dari tabel 5.7 Brownell-Young, OD sesuai =



90 in 2.286 m 7.5 ft



= = dengan r



icr = =



Koreksi ID = OD - 2ts = 90 in - (2 x 0,25 in) = = =



5.5 in 90 in



89.5 in 2.2733 m 7.4583 ft



Menentukan tebal Head Bentuk head = torispherical dishead Tebal dihitung dari persamaan 13.12 pg 258, brownell-Young



th =



 0,885 x p x ri     c f . E  0 , 1 . p  



0.25 in



 0,885 x p x ri     c  f .E  0,1. p  = 0,885 x 47,628 psi x 40 in + 0,125 in 18750 psi x 0,80 - 0,1 x 47,628 psi = 0.33581 in Berdasarkan tabel 5.7 Brownell-Young, pg: 91 maka th standar = 3/8 in = Ratio icr : OD = 6.11111 % Untuk ratio icr terhadap OD sebesar 6% maka berlaku persamaan 5.11, Brownell-Young, pg: 88 Vh (Volume head) = 4,9 . 10^-5 . ID^3 = 4,9 . 10^-5 . (89,5 in)^3 =



35.1290 ft^3 0.9948 m^3



Menentukan Jarak Puncak dengan Straight Flange Dari tabel 5.6, Brownell-Young, pg 88, untuk tebal head standar = 1/4 in didapatkan nilai straight flange antara 1,5 - 3 in. Maka dipilih straight flange (sf) =



a = ID/2 = 41,5 in / 2 = AB = a - icr



44.75 in



= 20,75 in - 1,25 in = BC = r - icr = 40 in - 1,25 in = AC = =



39.25 in



84.5 in



( BC ) 2  ( AB) 2 74.8311 in



b = r - AC = 40 in - 33,4860 in =



15.1689 in



OA = b + sf + th = 6,5140 in + 2 in + 1/4 in =



18.0439 in



Tinggi head =



Tinggi Shell = 2 x ID koreksi = 2 x 90 in =



18.0439 in 0.4583 m



179.0000 in 4.5466 m



Tinggi dekanter (H) = tinggi shell + (2 x tinggi head) = 3,1623 m + (2 x 0,2226 m) = Diameter = tinggi shell /2 = Volume = π/4 x D^2 x H =π/4 x( 2,5788 m)^2 x 7,7365 m = 22.1834 m^3



5.4632 m 2.2733 m



Keluar Fase Ringan kmol/jam 99.4417 86.0795 14.5848 200.1060



psi K



Fase Berat kg/jam kmol/jam 43.7587 0.9945 113.6364 0.8609 134.9939 7.4997 57.1725 0.4026 66.0302 0.4026 415.5916 10.1603



Fase ringan Fv, L/jam 5844.1969 11776.8083 259.7813



μ, cP 0.1986 0.7597 0.6229 0.4900 0.3263



xi



17880.7865



Fase ringan Fase berat 894.8409 1111.9564 Kg/m^3 55.8650 69.4196 lb/ft^3



0.4969 0.4302 0.0729



1.0000



Fase berat xi.μ Fv, L/jam 0.0987 58.4478 0.3268 117.7799 0.0454 133.5825 0.0000 23.1785 0.0000 40.7594 0.4709 373.7481



μ, cP 0.1986 0.7597 0.6229 0.4900 0.3263



an (Ludwig, E. E., vol. 1, pg. 239) :



ulson, 1983, pg: 443)



^1/2



ter should keep



m m



m^3 )^(-0,35)



0.375 in



2.5 in



xi 0.0979 0.0847 0.7381 0.0396 0.0396 1.0000



xi.μ 0.0194 0.0644 0.4597 0.0194 0.0129 0.5759



Mencari Cp Cp = A + BT + CT^2 + DT^3 joule/mol K Data heat capacity didapat dari Table 3-1 capacity of liquid page 60 Yaws, 1999 Komponen C2H4O C6H12O3 H2O H2SO4 H3PO4 NaOH Na2SO4 Na3PO4



A 4.51E+01 -4.79E+01 9.21E+01 2.60E+01 3.41E+02 8.76E+01 2.34E+02 3.41E+02



B 4.49E-01 2.29E+00 -4.00E-02 7.03E-01 -6.35E-01 -4.84E-04 -9.53E-03 -6.35E-01



C -1.66E-03 -6.13E-03 -2.11E-04 -1.39E-03 6.36E-04 -4.54E-06 -3.47E-05 6.36E-04



D 2.70E-06 6.36E-06 5.35E-07 1.03E-06 4.03E-07 1.19E-09 1.58E-08 4.03E-07



Neraca Panas Dekanter Bahan Masuk Tr = T = Komponen C2H4O C6H12O3 H2O Na2SO4 Na3PO4 Total



298.15 316.45 M kg/j 4419.1919 11476.1364 397.5198 57.1725 66.0302 16416.0508



Cp kgmol/jam 100.4362 86.9404 22.0844 0.4026 0.4026



joule/mol.K 1911.2386 4790.7122 1379.2968 2585.8373 3987.3315



joule/kgmol.K 1911238.6182 4790712.2435 1379296.7905 2585837.3119 3987331.5369



Bahan keluar Keluar atas fase ringan Komponen C2H4O C6H12O3 H2O Total



M kg/j 4375.4332 11362.5000 262.5260 16000.4592



Cp kgmol/jam 99.4417 86.0795 14.5848 200.1060



joule/mol.K 1911.2386 4790.7122 1379.2968



joule/kgmol.K 1911238.6182 4790712.2435 1379296.7905



Fase berat Komponen C2H4O C6H12O3



M kg/j 43.7587 113.6364



Cp kgmol/jam 0.9945 0.8609



joule/mol.K 1911.2386 4790.7122



joule/kgmol.K 1911238.6182 4790712.2435



H2O Na2SO4 Na3PO4 Total Q out =



134.9939 57.1725 66.0302 415.5916 153237.5383



7.4997 0.4026 0.4026 10.1603



1379.2968 2585.8373 3987.3315



1379296.7905 2585837.3119 3987331.5369



Tmin



Tmax 151 287 273 298 296 600 1157 296



415 521 615 879 679 2700 3515 679



aca Panas Dekanter



Q=m Cp ∆T joule/j kcal/jam 191957505.8436 45848.5020 416506568.0708 99481.4041 30460991.6189 7275.5208 1041118.0169 248.6681 1605392.0651 383.4433 641571575.6153 153237.5383



Q=m Cp ∆T joule/j kcal/jam 190056748.2850 45394.5115 412382332.3240 98496.3422 20116736.6173 4804.8251 622555817.2263 148695.6787



Q=m Cp ∆T joule/j kcal/jam 1900757.5586 453.9905 4124235.7468 985.0619



1 Btu = 0.23901



1 kcal = = 1J =



251.9800 cal =



3.9683 4186.7781 0.000238847



10344255.0016 1041118.0169 1605392.0651 19015758.3891



2470.6958 248.6681 383.4433 4541.8596



kal 1 Joule



btu J kcal