Ko Drum 01 Ipa [PDF]

Citation preview

SEPARATOR DRUM KO-01 Tugas : Memisahkan campuran uap sebanyak 3208,0837 Kg/jam dan cairan sebanyak 802,0209 Kg/jam yang berasal dari vaporizer (HE-01). Alat



: Vertical separator drum, torispherical dished head



Kondisi Operasi P = 1 atm T = 79,1092 oC = 352,2592 K Daftar XLIII. Neraca Massa Komponen



Input (kg/jam)



Acrolein Aseton IPA Ally Alkohol Water Total



0,0000 0,0000 3764,8465 0,0000 245,2581 4010,1046



Output (kg/jam) Uap Cair 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 2986,0937 778,7528 0,0000 0,0000 221,9900 23,2682 3208,0837 802,0209



Sifat-sifat Bahan Sifat bahan yang diperlukan dalam perancangan separator drum adalah densitas. Nilai densitas untuk cairan dihitung dengan persamaan berikut :



(



− 1−



ρ=A . B



T Tc



n



)



Dengan, ρ = densitas fluida, gr/ml A,B,n = konstanta Tc= suhu kritis, K T = suhu, K Komponen Acrolein



A 0.28459



B 0.26124



n 0.2489



Tc 506



Aseton IPA Ally Alkohol Water



0.27728 0.26785 0.28347 0.3471



ρl = Dengan,



0.2576 0.29903 508.2 0.26475 0.243 508.31 0.25408 0.28571 545.05 0.274 0.28571 647.13 (Sumber : Carl L. Yaws, 1999)



1 x ❑i ∑ ρi



ρi = densitas masing-masing komponen, kg/m3 ρl = densitas cairan, kg/m3 xi = fraksi massa T = 352,2592 K Komponen



ρi (kg/m3)



xi



Acrolein Aseton IPA Ally Alkohol Water Total



771,9666 718,8881 726,2344 784,6410 976,3659



0,0000 0,0000 0,9710 0,0000 0,0290 1



x❑i ρi 0,000,E+00 0,000,E+00 1,337,E-03 0,000,E+00 2,971,E-05 0,0014



ρcair = 731,6726 kg/m3 Sedangkan nilai densitas untuk uap, dihitung dengan menggunakan persamaan gas ideal sebagai berikut : ρ v=



P . B M gas R .T



(282)



Dengan, Ρv



= densitas gas, kg/m3



P



= tekanan, atm



BMgas = berat molekul rata-rata gas, kg/kmol R



=



tetapan



T



= suhu, K



gas



m3.atm/kmol.K



Untuk menghitung BMgas digunakan rumus berikut :



ideal



=



0,08206



(283)



BM gas =∑n . B M i Dengan, n = fraksi mol BMi= berat molekul komponen, kg/kmol Komponen Acrolein Aseton IPA Ally Alkohol Water



Mol uap (kmol/jam) 0,0000 0,0000 49,7682 0,0000 12,3328 Total



BMi (kg/kmol) 56 58 60 58 18



∑n.B Mi 0,0000 0,0000 48,0845 0,0000 3,5747 51,6591



BMgas = 51,6591 P



= 1 atm



ρgas



= 1,7871 kg/m3



T = 352,2592 K



Algoritma Perhitungan Berdasarkan Frank L. Evans dalam bukunya, Equipment Design Handbook forn Refineries and Chemical Plants volume 2 (1980) algoritma perhitungan untuk separator drum sebagai berikut: 1. Menghitung vapour liquid separator factor 2. Menghitung maximum design vapour velocity 3. Menghitung crosssectional area 4. Menghitung diameter vessel 5. Menghitung vapour liquids nozzle dan tinggi uap dalam vessel 6. Menghitung volume dan tinggi cairan pada vessel



1. Vapor Liquid Separator Factor Perhitungan Vapour Liquid Separator Factor dilakukan dengan persamaan: K



=



Wl ρv x Wv ρL



√



(284)



dengan,



Wl = 802,0209 kg/jam



K



= Vapour liquid separator factor



Wl



= Liquid flow rate, lb/s



Wv



= Vapour flow rate, lb/s



ρ l, ρ v



= Densitas vapour dan liquid, lb/ft3



= 0,4911 lb/s



Wv = 3208,0837 kg/jam = 1,9646 lb/s ρl = 731,6726 kg/m3



= 45,6753 lb/ft3



ρv = 1,7871 kg/m3



= 0,1116 lb/ft3



K = 0,0124 2. Maximum Design Vapour Velocity Maximum design vapour velocity dihitung dengan persamaan sebagai berikut: (Uv)max = K v x



√



ρL−ρv ρv



(285)



Dengan, (Uv)max Kv



= Maximum desain vapour velocity, ft/s = Vapour velocity factor for vertical vessel



ρ l, ρ v



= Densitas vapour dan liquid, lb/ft3



Nilai desain vapour velocity factor untuk vessel vertikal diperoleh dari Fig. 51 Evans, dalam kasus ini diperoleh nilai Kv sebesar 0,37. Sehingga maximum desain vapour velocity: (Uv)max



= 0,37 x



√



45,6753−0,1116 0,1116



= 7,4774 ft/s



3. Minimum Crossectional Area Perhitungan Minimum vessel cross sectional area dengan menggunakan persamaan : Amin



=



Qv Uvmax



(286)



Dengan, Amin



= Minimum vessel cross sectional area, ft2



Qv



= Vapour flow rate, ft3/detik



(Uv)max = Maximum desain vapour velocity, ft/ detik Adapun vapor flowrate dihitung dengan persamaan berikut: Qv =



Wv ρv



(287)



Dengan, Qv



= Vapour flow rate, ft3/detik



Wv



= Vapour flow rate, lb/detik



ρv



= Densitas vapour, lb/ft3



Sehingga diperoleh: Qv



= 17,6098 ft3/s



Amin



17,6098 f t 3 / s = = 2,3551 ft2 2 7,4774 f t / s



4. Diameter Vessel Diameter vessel dihitung dengan persamaan : 4 x A min = 3,14



(



Dmin



0,5



)



Dengan,



Dmin



=



(



Amin



= Minimum vessel cross sectional area, ft2



Dmin



= Diameter vessel, ft



4 x 2,3551 3,14



0,5



)



= 1,7316 ft = 20,7796 in



(288)



Diambil ukuran diameter dengan 6-in increments (Evans, 1959) D = 24 in = 2 ft = 0,6096 m 5. Vapor Liquid Inlet Nozzle dan Hv Luas penampang nozzle inlet umpan uap-cair dihitung dengan persamaan :



A v , nozzle=



Qv (u v ) max,nozzle



(289)



Dengan, Av, nozzle



= luas penampang nozzle pemasukan umpan uap-cair, ft2



Qv



= volumetric flowrate uap, ft3/s



(uv)min, nozzle



= kecepatan uap minimum masuk nozzle, ft/s



Kecepatan uap minimum masuk nozzle dihitung dengan persamaan :



(uv )min, nozzle=60 √ ρmix



(290)



Sedangkan kecepatan uap maksimum masuk nozzle dihitung dengan persamaan :



(uv )max,nozzle =100 √ ρmix



(291)



Dengan, (uv)min, nozzle



= kecepatan uap minimum masuk nozzle, ft/s



(uv)max, nozzle



= kecepatan uap maksimum masuk nozzle, ft/s



mix



= densitas campuran uap-cair, lb/ft3



Sehingga diperoleh perhitungan sebagai berikut : ρ mix



= √ ρL x ρv



= √ 45,6753 x 0,1116



= 2,2574 lb/ft3 Uvmax



= 100√ ρmix



= 150,2449 ft/s



Uvmin



= 60√ ρmix



= 90,1469 ft/s



Av, nozzle =



Qv Uvmin



=



17,6098 = 0,1953 ft2 90 ,1 4 6 9



IDfeed nozzle =



√



4 x Av 4 x 0,1953 = = 0,4988 ft = 5,9877 in π π



√



Diambil OD standar dari Appendix F Brownell & Young, 1959 : OD



= 6,625 in



Dengan OD standar yang sudah diambil, maka bisa dihitung ketinggian uap dalam separator drum dengan persamaan sebagai berikut : Hv = 36 + (0,5xOD inlet nozzle)



(292)



Maka dapat dihitung : Hv = 36 + (0,5 x 6,625 in) = 39,3125 in Untuk design vessel Hv yang digunakan adalah 48 in 6. Volume dan Tinggi Cairan Liquid hold-up cairan berkisar 5 – 20 menit. (Wallas,1990) Diambil desain liquid hold-up time = 15 menit = 900 s. Volume cairan dalam vessel dihitung dengan persamaan : Vliquid = QL x (design time to fill)



(293)



Dengan, QL



= liquid volumetric flowrate, cuft/s



Vliquid = full liquid volume, ft3 Liquid volumetric flowrate, Q\L; Ql



=



0,4911 lb/s = 0,0108 ft3/s 4 5,6753 lb /ft 3



Maka, dapat dihitung volume cairan : Vliquid = (0,0108 ft3/s) (900 s)= 9,6777 ft3 Tinggi cairan dihitung dengan persamaan berikut : H l=



4. V liquid π . D2



Dengan, Hl = tinggi cairan pada vessel, ft D = diameter vessel, ft Hl =



4 x 9 , 6777 = 3,0821 ft = 36,9850 in = 37 in π .22



(294)



Liquid Height=Hl−18∈¿ (Rule of thumb) Liquid Height = 19 in 7. Geometri check 3