![Lampiran C [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/lampiran-c.jpg)
24 0 1 MB
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT
1. TANGKI PENYIMPANAN METHANOL (T-01)
Gambar C.1. Tangki Penyimpanan Metanol Kode
: T-01
Fungsi
: Menyimpan bahan baku metanol pada tekanan 1 atm dan temperatur 30oC
Tujuan
: - Menentukan tipe tangki - Menentukan bahan konstruksi tangki - Menentukan dimensi tangki
1. Menentukan tipe tangki Kondisi operasi tanki penyimpanan metanol adalah 1 atm suhu 30oC, dengan demikian metanol berada dalam fase cair. Pada kondisi operasi seperti ini, tangki yang digunakan tangki silinder tegak dengan dasar datar (flat bottom) dan bagian atas berbentuk kerucut (conical roof) (Coulson, 4thvol 6 : 879). 2. Menentukan bahan konstruksi tangki Dalam perancangan dipilih bahan konstruksi tangki carbon steel SA-283 Grade C dengan pertimbangan : -
Kondisi penyimpanan pada suhu 30oC dan tekanan 1 atm, kondisi operasi ini tidak membutuhkan bahan khusus (misal tahan tekanan tinggi) sehingga cukup menggunakan bahan carbon steel C-1
-
Metanol merupakan senyawa organik, dan carbon steel cocok digunakan untuk bahan-bahan organik. - Memiliki allowable working stress cukup besar - Harganya relatif murah - Tahan terhadap korosi - Tahan terhadap panas (Coulson, 4thvol.6 : 295) Grafik Hubungan Temperatur dengan Tekanan Uap Larutan Metanol 99,9 %
fase cair
fase uap
Gambar C.2.Hubungan Temperatur dengan Tekanan Uap (Perry, 7th ed, 1997 : 2-51)
3. Menentukan Dimensi Tangki Menghitung kapasitas tangki Untuk meminimalkan gangguan terhadap kelangsungan proses produksi, maka direncanakan bahan baku methanol disimpan untuk jangka waktu 7 hari. Pemilihan waktu simpan 7 hari dikarenakan jarak pabrik penyedia bahan baku methanol dekat dengan pabrik dimethyl ether sehingga transportasi bahan baku mudah dilakukan. Menghitung bahan baku metanol sesuai dengan lama penyimpanan : Laju alir Methanol : 12613,2663 kg/jam. Kebutuhan methanol selama 7 hari
Menghitung ρ campuran
C-2
(
)
Dimana : ρ = Densitas (kg/m3) T = Suhu operasi (K) Tc
= Suhu kritis (K)
n
= konstanta Tabel C.1 Konstanta Perhitungan Densitas
Komponen Methanol Air
A B 0,27197 0,27192 0,3471 0,274
Tc N 512,58 0,2331 647,13 0,28571
Tabel C.2. Densitas Komponen Pada Tangki T = 303 K Komponen Methanol Air Total
Massa (kg) 1533388,8654 2303,5386
Xi 0,9985 0,0015
ρi (gr/mL) 0,7829 1,0230
ρi . xi 0,7818 0,0015 0,7833
Menghitung Volume Tangki Total = 2705,2585 m3=95.535,394 ft3=17.005,3001 bbl Untuk mengantisipasi adanya gangguan pada ketersediaan bahan baku, maka digunakan tangki cadangan dengan kapasitas yang sama yaitu 17.005,3001 bbl (persediaan untuk 7 hari ). Menghitung diameter dan tinggi tangki Tinggi tangki dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.1 dan 3.12 Brownell and Young (1959). (3.1) (3.2) Dari persamaan 3.1. dan 3.12 didapat persamaan sebagai berikut :
C-3
(
)
Sehingga tinggi tangki dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
(
)
(
)
Sedangkan untuk menghitung diameter tangki digunakan persamaan 3.12, berikut:
Untuk ukuran standar tangki yang dapat digunakan berdasarkan Appendix E (Brownell and Young, 1979) memiliki spesifikasi sebagai berikut:: -
Diameter Tangki, D
= 70 ft
-
Tinggi tangki, H
= 30 ft
-
Volume tangka
= 20.560 bbl
-
Jumlah courses
=5
-
Allowable vertical weld joint
= 5/32 in
-
Butt-welded courses
= 72 in = 6 ft
-
Menentukan Jumlah Tangki Jumlah tangki menyesuaikan dengan ukuran tangki standar sehingga jumlah tangki yang digunakan adalah 1 buah
Kapasitas yang dibutuhkan
=17.005,3001 bbl
Kapasitas maksimum
=20.560bbl
Jumlah tangki
=
≈ 1 buah
Menghitung tebal dan panjang shell course
C-4
Tebal shell course dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.16 dan 3.17 Brownell and Young, 1959. Persamaan 3.16
D = 12 x D Persamaan 3.17
Substitusi persamaan 3.16 ke persamaan 3.17 menjadi :
Dimana : T
= tebal shell , inchi
H
= tinggi (dari dasar course sampai ke top angle), feet
D
= inside diameter, feet
c
= faktor korosi
P
= internal pressure, lb/inch2
ρ
= densitas campuran pada 30oC , lb/ft3
Digunakan tipe pengelasan single-welded butt joint with backing strip dengan : -
Densitas campuran pada 30oC
= 48,0394 lb/ft3
-
Diameter
= 70 ft = 360 in
-
Height
= 30 ft = 72 in
-
Tekanan yang diijinkan, F
= 12650 psi
-
Efisiensi pengelasan maksimal, E
= 85%
-
Faktor korosi, C
= 0,125
Sedangkan panjang shell course dihitung menggunakan persamaan :
Dimana : L
= Panjang tiap plate ,ft
C-5
d
= Diameter dalam tangki + tebal shell , in
n
= Jumlah plate dalam satu course
Weld length
= n x Allowable welded joint
Plate yang digunakan sebanyak 5 buah untuk setiap course dengan jarak sambungan antar plate 5/32 in untuk penyambungan vertical, lebar plate standar 6 ft. Course 1
Dalam perancangan digunakan tebal plate 0,51 in (Appendix E, Brownell and Young) d = 840 + 0,52 = 840,52 in
Course 2
Dalam perancangan digunakan tebal plate 0,43 in (Appendix E, Brownell and Young) d = 840 + 0,43 = 840,43 in
Course 3
Dalam perancangan digunakan tebal plate 0,35 in (Appendix E, Brownell and Young) d = 840 + 0,35 = 840,35 in
Course 4
C-6
Dalam perancangan digunakan tebal plate 0,29 in (Appendix E, Brownell and Young) d = 840 + 0,29 = 840,29 in
Course 5
Dalam perancangan digunakan tebal plate 0,21 in (Appendix E, Brownell and Young) d = 840 + 0,21 = 840,21 in
Tabel C.3 Hasil perhitungan course tangki Course
H (ft)
t (in)
t appendix E brownell
d (in)
L (ft)
1
30
0,5029
0,51
840,51
43,9737
2
24
0,4247
0,43
840,43
43,9695
3
18
0,3465
0,35
840,35
43,9653
4
12
0,2683
0,29
840,29
43,9622
5
6
0,1902
0,21
840,21
43,9580
Menentukan top angle untuk conical roof Top angle untuk tangki conical dengan diameter 35-60 ft adalah 2,5 x 2,5 x 3/16 in. (Brownell and Young, 1959 : 53) Bila digunakan 5 plate tiap angle, maka panjang tiap angle :
C-7
Menentukan tebal dan tingi head tangki
h
90
D/2
Gambar C.3 Head tangki Menentukan (sudut angel dengan garis horizontal) pada head θ dihitung dengan menggunkan persamaan 4.6 Brownell dan Young (1959) Sin θ
= D/430(ts)
Sin θ
= 70/(430x0,41) = 0,3192
θ
= 18,6144
α
= 90o- θ
α
= 90o – 18,6144o = 71,3856o
Tan θ
= H/(0,5D)
H
= 0,5 x D x tanθ = 0,5 x 70 x tan(18,6144) = 11,7866 ft
Jadi tinggi total dari tangki adalah 30 ft + 11,7866 ft = 41,7866 ft
Tebal head tangki dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : , (Brownell and Young, Pers.6.154, 1959 : 118)
t
C-8
Maka tebal head standar yang digunakan adalah 0,1875 in (Tabel 5.6 Brownell and Young halaman 88).
Menghitung diameter pipa pengisian dan pengeluaran Dengan asumsi aliran turbulen, diameter pipa dihitung dengan persamaan berikut ini : (Peter and Timerhauss, hal 496) dimana : Qf
= volume larutan metanol, ft3/s
ρ
= densitas campuran, lb/ft3
Direncanakan waktu pengisian selama 8 jam : Kapasitas tangki adalah 17005,3001 bbl = 95.535,3941 ft3
Dalam perancangan digunakan pipa standar dengan ukuran : D nominal
= 8 in
OD
= 8,625 in
ID
= 7,981 in
Inside surface per lin ft
= 2,090 ft2
Schedule
= 40
C-9
Tabel C.4 Ringkasan Tangki (T-01) Ringkasan Tangki (T-01) Fungsi
Menyimpan bahan baku methanol
Tipe tangki
Silinder vertical dengan flat bottom dan head conical
Bahan kontruksi
Carbon Steel SA 283 Grade C
Jumlah
1 buah
Diameter
70 ft
Tinggi Shell
30 ft
Kapasitas
20.560 bbl
Lebar Plate
6 ft
Jumlah course
5 buah
Tinggi tangki total
41,7866 ft
C-10
2. Pompa (P-01)
V-01
2 0,8 m
15 m
Z2=16,4 m
8,5 m
15 m Z1= 0,6 m
1
datum
Gambar C.4 Skema Aliran pompa Kode
: P-01
Fungsi
: Menaikkan tekanan cairan keluar tangka menuju vaporizer
Tujuan
:
-
Menentukan jenis pompa
-
Menghitung daya pmpa
-
Menghitung daya motor a. Menentukan tipe pompa Dalam perancangan ini dipilih pompa sentrifugal dengan pertimbangan Paling sering digunakan di dunia industri kimia (Gupta, 1979: 88) Kapasitas yang dibutuhkan adalah 0,1608ft3/s, kapasitas ini berada pada range kapasitas yang dimiliki pompa sentrifugal, (Coulson, 4th vol. 6 : 2005) Konstruksinya sederhana. Fluida dialirkan pada tekanan yang seragam Tidak memerlukan area yang luas Biaya perawatan murah. Banyak tersedia di pasaran. (Peters, 4th ed, 1991 : 459)
C-11
b.
Menentukan bahan konstruksi pompa Pada
pemilihan
bahan
konstruksi
pompa
harus
mempertimbangkan
karakteristik fluida yang dialirkan dan kondisi suhu operasi. Bahan yang ditampung adalah metanol yang bersifat tidak korosif, methanol dialrikan pada suhu 30oC. Dengan pertimbangan yang sudah disebutkan maka dipilih bahan kontruksi untuk bagian-bagian pompa yaitu carbon steel (Coulson & Richardson, 2005) sehingga bisa menggunakan bahan dari jenis pipa baja komersial, dan tidak perlu menggunakan bahan dari stainless steel yang lebih mahal. (Coulson, 4thvol.6 : 289-293) c. Menhitung tenaga pompa Menghitung densitas campuran metanol dan air pada suhu 303 K Densitas dihitung seperti pada T-01 ρcamp= 48,0394 lb/ft3 Menghitung kapasitas pompa Laju alir
= 12.613,2663 kg/jam s
Densitas campuran fluida, ρ
= 48,0394 lb/ft3 = 0,1608 ft3/s
Kapasitas debit pemompaan , Qf =
Dipakai pompa sebanyak 1 buah, dari tabel 10.17 halaman 478 Coulson vol.6 dapat digunakan pompa centrifugal single stage jika Q = 0,23-1000 m3/jam
Menghitung Diameter Inside Optimal Pipa Asumsi aliran turbulen, untuk perkiraan Di>1 in (NRe > 2100) sehingga:
Dimana : Di = diameter dalam optimum, inch Qf = kecepatan volumetrik, ft3/dt.
= densitas fluida, lb/ft3.
Digunakan pipa standard sch 40 dari Kern, Table 11 D nominal
= 3 in
= 0,249 ft C-12
Outside diameter
= 3,5 in
= 0,2905 ft
Inside diameter
= 3,068 in
= 0,2546 ft
Cross sect. area
= 7,38 in2
= 0,0508 ft2
-
Menghitung Kecepatan Linear Fluida
-
Menghitung Bilangan Reynold
(memenuhi asumsi, NRe > 2100 = turbulen)
Neraca Tenaga Mekanis Dihitung dengan menggunakan persamaan Bernoulli (Foust, 1960)
Dengan V1
= kecepatan linier di titik 1
V2
= kecepatan linier di titik 2
Z1
= tinggi dari datum ke titik 1
Z2
= tinggi dari datum ke titik 2
P1
= tekanan di titik 1
P2
= tekanan di titik 2
α
= 1,0 untuk aliran turbulen
g
= konstanta gravitasi = 32,2 ft/s2
gc
= gravitational conversion factor = 32,2 ft.lbm/s2.lbf = densitas fluida
Wf
= tenaga yang ditambahkan ke dalam sistem/power pompa, ft.lb/lbm
∑F
= Friction loss, ft.lbf/lbm
C-13
= tenaga kinetik fluida, ft.lbf/lbm = tenaga potensial, ft.lbf/lbm
Menghitung Energi Kinetik Fluida - Menghitung Velocity Head V1 = V2= 0
Menghitung Energi Potensial - Menghitung Static Head Direncanakan :
Z1 = 0,6 m
= 1,968 ft
Z2 = 16,4 m
= 53,792 ft
Menghitung Tekanan - Menghitung Pressure head P gas
= 1 atm = 2116,217 lbf/ft2
Tinggi cairan maksimal adalah 25,7703 ft, titik 1 berada 1,968 ft dari titik datum, sehingga P hidrostatisnya : P hidrostatis
= ρ x g/gc x tinggi cairan = 48,0392 x 1 x (25,7703-1,968) = 1143,4477 lbf/ft2
P1
= P gas + P hidrostatis = 2116,22 + 1143,4477 = 3259,6677 lbf/ft2
P2
= 1,7 atm = 3597,574 lbf/ft2
C-14
Menghitung Faktor Friksi -
Menentukan Faktor Friksi Dari appendix C-1 Foust hal. 717, untuk pipa tipe baja komersial steel, Dnominal 3 inch, diperoleh harga /D = 0.0006. Dari appendix C-3 Foust, hal. 721, untuk Nre = 112.682,3122 dan /D = 0.0006 diperoleh harga faktor friksi (f) = 0.0178 (Foust, 1960) Data diperoleh dari appendix C-2a s/d C-2d Foust hal 718 – 720 didapatkan :
Tabel C.5 panjang equivalen Jenis
Jumlah
L/D
Le (ft)
Pipa horizontal
49,2
Pipa vertical
49,2
Elbow standar (90)
1
30
7,6393
Check valve (fully open)
1
135
34,3769
Globe valve
1
340
86,5790
Sharp edge entrance (k=0,5)
1
28
7,1300
Sharp edge exit (k=1)
1
55
14,0054
Orifice
1
350
89,1254
Total
337,2561
Jadi untuk sistem pemipaan pada pompa methanol memiliki panjang equivalent (ΣLe) = 337,2561ft -
Menghitung Friksi di Heat Exchanger Methanol (fluida dingin) dialirkan ke bagian tube di dalam heat exchanger sehingga menimbulkan pressure drop Pressure Drop Tube = 0,7 psi = 100,8 lbf/ft2 ∆P/ρ
= 100,8 lbf.ft-2 / 48,0394 lbm.ft-3 = 2,0893 lbf.ft/lbm
-
Menghitung Energi yang Hilang karena Gesekan C-15
Total friksi yang terjadi dalam pipa diperkirakan dengan persamaan D’arcy :
Dalam hal ini : f
= faktor friksi
v
= laju alir linier (ft/s)
Le
= panjang ekivalent pemipaan
D
= inside diameter pipa (ft) (
)
Tenaga mekanis pompa dihitung dengan persamaan Bernoulli :
-(wf)= 56,9626 ft.lbf/lbm d. Menghitung power motor pompa Tenaga yang dibutuhkan pompa untuk mengalirkan methanol BHP = Qf
wf ft 3 lb 56,9626 0,1608 .48,0394 3 0,8 HP 550 s 550 ft
Dari Fig 14.37 Peters &Timmerhaus didapat effisiensi pompa untuk laju alir = 0,1608 ft3/sec (72,1679 gal/mnt ) adalah = 61 % BHP aktual =
BHP
0,8 1,3115 HP 0,61
Berdasarkan Fig 14.38 Peter & Timmerhaus, untuk BHP pompa actual 1,7684 HP, didapat effisiensi motor = 81% Power motor pompa = power pompa/ηm = 1,3115/0,81 = 1,6191 HP
C-16
Jadi dalam perancangan dipilih pompa dengan daya = 2 HP
Tabel C.6 Ringkasan Pompa Ringkasan Pompa (P-01): Fungsi
Memompa bahan baku metanol dari tangki penyimpanan ke V-01
Tipe
Centrifuge pump, single stage
Bahan
Baja komersial
Kapasitas
0,1608 ft3/det
Tenaga
56,9626 ft lbf/lbm
Power pompa
0,8 HP
Power motor
2 HP
Ukuran pipa
1. Diameter nominal
= 3 in
2. Sch
= 40
3. ID
= 3,0680 in
4. OD
= 3,5 in
5. Bahan
= comersial steel pipe
C-17
3. REAKTOR Kode
: R- 01
Fungsi
: Tempat berlangsungnya reaksi dehidrasi methanol menjadi dimethyl ether
Tujuan
: a. Menentukan tipe reaktor b. Menentukan bahan konstruksi reaktor c. Menentukan dimensi reactor - Dimensi reaktor - Panjang tube - Tebal shell dan tebal head - Tinggi head dan tinggi reaktor - Volume reaktor - Menentukan pressure drop
a. Menentukan Tipe Reaktor Dipilih reaktor jenis fixed bed multitube dengan pertimbangan : - Umur katalis panjang, 12 – 15 bulan. - Reaktan dalam fase gas dengan katalis padat. - Kehilangan katalis termasuk kecil jika dibandingkan dengan reaktor fluidized bed. - Karena posisi katalis tetap pada tempatnya, maka abrasi pada dinding tube dapat diabaikan. - Tidak diperlukan pemisahan katalis dari gas keluaran reaktor. - Biaya pembuatan, operasional, dan perawatanya relatif lebih mudah. (Hill, 1977)
C-18
Umpan masuk
Dowtherm A keluar Katalis berada di dalam tube
Dowtherm A masuk
Produk keluar Gambar C.5 Aliran Dowterm dalam reaktor Reaktor terdiri dari suatu shell dan tube vertikal dengan katalis berada pada tube sedangkan pendingin berada di shell untuk mengambil panas yang dihasilkan dari reaksi eksotermis. Tabel C.7.Data Reaktor Data-data reactor 1. Suhu masuk
513 K
2. Tekanan operasi
16,75 atm
3. Konversi methanol
97,56 %
Tabel C.8.Data Katalis Data-data katalis 1. Jenis
HZSM-5
2. Bentuk
Sperical
3. Diameter
2 mm
4. Porositas
0,55
5. Massa jenis
750 kg/m3
b. Menentukan Bahan Konstruksi Reaktor
Bahan kontruksi shell Fluida yang dialirkan di shell reaktor adalah pendingin dowtherm A dengan
C-19
karakteristik Sehingga dalam perancangan dipilih bahan
konstruksi shell
reactor
Carbon steel SA-283 Grade C dengan pertimbangan : - Fluida yang dialirkan adalah pendingin dowtherm-A yang merupakan pendingin organik. Carbon steel banyak digunakan untuk senyawa organik - Fluida tidak korosif - Memiliki allowable working stress cukup besar - Harganya relatif murah - Tahan terhadap panas (Coulson & Richardson, 2005)
Bahan kontruksi tube Pada sisi tube ditempatkan katalis HZSM-5 yang merupakan katalis asam berbentuk pellet. Katalis direaksikan dengan aliran gas sebagai umpan masuk reaktor. Bahan yang digunakan dalam perancangan tube reaktor adalah Stainless Steel AISI 321 dengan pertimbangan : - Tahan terhadap korosi - Tekanan maksimum yang diijinkan besar, sehingga cocok untuk kondisi operasi reaktor - Tahan terhadap panas (Coulson & Richardson, 2005)
c. Menentukan dimensi reaktor
Diameter reaktor Kondisi umpan masuk Umpan masuk reaktor pada T = 513 K dan P = 16,75 atm. - Menentukan densitas umpan Table C.9 Perhitungan BM campuran Komponen kmol/jam CH3OH H2O Total
Yi
393,5733 0,9973 1,0511 0,0027 394,6244 1
Komponen kmol/jam
yi.Pc
Tc
Pc (atm)
BM
Ω
(K) 512,5800 647,1300
79,3408 216,1390
32 18
0,5660 0,3450
yi.Tc
yi. Ω
yi.BM C-20
CH3OH H2O Total
393,5733 1,0511 394,6244
[
79,1295 0,5757 79,7052
][
511,2147 1,7237 512,9384
0,5645 0,0009 0,5654
31,9148 0,0479 31,9627
]
- Menentukan laju alir volumetric umpan
- Menentukan viskositas umpan Data-data yang diperlukan untuk perhitungan : µgas = A + BT + CT2 micropoise (T dalam K) Tabel C.10.Data Perhitungan Viskositas Komponen
A
B
C
CH3OH
-14,2360
0,3893
-6.28E-05
H2O
-37
0.429
-1.62E-05
Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel berikut :
C-21
Tabel C.11.Data Viskositas Umpan Reaktor Komponen CH3OH H2O
Y
µ (µP)
µ (Cp)
yi.µi
0,9973
168,9579
0,01690
1,69E-04
0,0027 178,8137 µ campuran
0,01788
4,76E-05 0,016894
Berdasarkan hasil perhitungan di atas diperoleh µ campuran = 0,016894 centipoise. - Menghitung konduktivitas umpan kgas = A+BT+CT2 Tabel C.12.Data Perhitungan Konduktivitas Umpan
Komponen
A
B
C
k (W/m.K)
k (kal/cm.s.K
yi.k (kal/cm.s.K
) ) 0,0023 5,43E-06 1,32E-07 0,0397 0,000095 9,4698E-05 0,0005 4,71E-05 4,96E-08 0,0377 0,000090 2,4018E-07 kgas campuran 0,0000949 Berdasarkan hasil perhitungan di atas diperoleh kgas = 0,0000949
CH3OH H2O
kal/cm.det.K - Menghitung jumlah tube dan menentukan susunan tube Direncanakan menggunakan tube dengan spesifikasi (Tabel 11 Kern, hal.844): ODT
= 1,25 in
IDT
= 1,01 in
Spesifikasi katalis HZSM-5 : Bentuk
= Sperical
Dp (katalis)
= 2 mm
Porositas (ε)
= 0,55
Densitas bulk (ρb)
= 720 kg / m3
Dirancang NRe
= 1000 (turbulen)
- Menghitung laju alir massa dalam tube (Gt)
Dimana: µt = Viskositas umpan,
= 0,0608 kg/m.jam C-22
Dp = Diameter katalis, cm = 0,02 m NRe = Bilangan Reynold = 1000 Gt = Laju alir massa, kg/(m2.jam)
kg/m2.jam -
Menghitung luas penampang seluruh tube dalam reaktor (At) At =
Fm Gt
Dimana : At = luas penampang seluruh tube dalam reaktor (m2) Fm = laju alir massa (jam/jam) Gt = Laju alir massa, kg/(m2.jam) Fm = 12613,2663 kg/jam = 0,5319 m2
At =
- Menghitung jumlah tube (Nt)
Dimana : Nt = jumlah tube dalam reaktor (buah) At = luas penampang seluruh tube dalam reaktor (m2) ID = Diameter dalam tube (m) Nt=
=1029,57
Direncanakan
tube
1030 buah
disusun
dengan
pola
triangular
pitch
dengan
pertimbangan perpindahan panas baik daripada susunan square pitch. +
+
+ C’ Pt
Gambar C.6 Susunan Tube Reaktor Pt = 1,25 × ODT Pt = 1,25 × 1,25 in = 1,5625 in C-23
C’ = Pt – ODT C’ = 1,5625 – 1,25 = 0,3125 in
- Menghitung diameter dalam shell reaktor
1 2 1 2 Pt . sin 60 o 1,25 in sin 60 o = 1,0571 in2 2 2
Luas segitiga
=
Luas seluruh segitiga
Tube 2 1030 = Luas segitiga 1,0571 in 3 3
= 362,7948 in2
1 Tube 1 2 1030 = OD 2 1,25 in 24 3 2 4 3
Luas lubang segitiga
= 210,4713 in2 Luas tanpa lubang
= 362,7948 in2 – 210,4713 in2 = 152,3235 in2
Luas shell
= Luas tanpa lubang + OD 2 . Tube 4 2 = 152,3235 in 2 1 ,25in .1030 =1415,1511 in2 4
Diambil faktor keamanan 10 %, maka : = 110 % . 1415,1511 in 2 = 1556,6662 in2
Luas shell
Diameter shell
=
4 . Luas shell
4 . (1556,6662) in 2
= 44,5310 in
Panjang tube - Menghitung koefisien perpindahan panas menyeluruh (UD) Sisi tube Gt
= 23.713,3741 kg/m2.jam
µgas
= 0,0363 lb/ft.hr
kgas
= 0,2753 Btu/ft2.hr.F
Cp
= 0,4469 Btu/lb.F
IDT
= 0,0838 ft
ODT
= 0,1038ft C-24
Jumlah Pipa
= 1030 buah
Re
=10000
jH
=54
Koefisien perpindahan panas pada tube (hi) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut (Froment dan Bischoff, 1979) :
k Cp. hi j H . . ID k
1
3
Dengan asumsi L/D = 120
0,2753 0,4469 x 0,0363 hi 54 x . x 0,0838 0,2753
1
3
hi = 69,0236 Btu/ft2.hr.F hio = hi × IDT
ODT
dengan : hio = Koefisien perpindahan panas terkoreksi, Btu / ft2 hr°F hi
= Koefisien perpindahan panas dalam tube
hio = 69,02361 ×
= 55,7711 Btu/ft2.hr.F
Sisi shell Sebagai pendingin pada shell digunakan Dowtherm A. Properties dari Dowtherm A pada range suhu 65 oC adalah sebagai berikut: s
= 1,580 mPa = 3,9358 lb/ft hr
Cps
= 0,4065 Btu/lb.F
ks
= 7,6972 Btu/hr.ft2.F
ρs
= 63,9075 lb/ft3
Ws
= 384.364,8386 kg /hr = 847.370,7231 lb/hr
IDs
= 44,5310in = 3,6961 ft
- Menghitung baffle space (B) Standar baffle space (B) yang diinjinkan adalah 0,2 sampai 1 IDs. Dirancang B = 0,75 IDs, maka :
C-25
Baffle space (B) = x Ds = 0,75 x 44,5310 in = 33,2647 in = 0,8499 m - Menghitung flow area dalam shell (as)
IDs.C '.B 144 Pt
as = as =
as = 2,0574 ft2 -
-
Menghitung laju lair massa dalam shell (Gs)
Gs
Ws as
Gs
847.370,7231 lb/hr = 411.869,3737 lb/ft2 hr 2 2,0574 ft
Menghitung diameter ekuivalen (De) Untuk triangular pitch digunakan persamaan 7.5 halaman 139, Kern.
De
4
1
Pt 0,86 Pt 12 ODT 4 1 OD 2 T 2
2
= 0,8897 in -
Menghitung bilangan Reynold dalam shell (NRe s) N Re s
=
De Gs s
0,8897 411869,3737 = 7755,8889 3,9358
Diperoleh jH = 44 (Kern, Fig. 28, 1965 : 838) -
Menghitung koefisien perpindahan panas pada shell (ho) `Koefisien perpindahan panas pendingin di shell :
k Cp. ho j H . . De k
1
3
(Kern, 1965 : 112)
7,6972 0,4065 3,9358 ho 44. 0,8897 / 12 7,6972
-
1
3
14,8692 Btu / ft 2 . jam.F
Menghitung clean overall coefficient (Uc) Uc =
hio ho hio ho C-26
Uc =
55,7711 14,8692 55,7711 14,8692
Uc = 11,7393 Btu/ft2.jam.F Berdasarkan data yang diperoleh dari tabel 12, hal 845, Kern diperoleh: RD shell (organic liquid) = 0,001 RD tube (organic vapor) = 0,0005 RD total = 0,0015
-
Menghitung koefisien perpindahan panas menyeluruh (UD) UD =
1 RD
UD =
1 Uc 1
1 0,0015 11,7393
= 11,5362 Btu/ft2.hr.F
Berdasarkan Tabel 8 hal. 840, Kern, nilai UD untuk sistem light organics (hot fluid) dan heavy organics (cold fluid) harus berada di antara
10–40
Btu/ft2.hr.oF, sehingga nilai koefisien perpindahan panas menyeluruh yang diperoleh dari perhitungan (UD = 11,5362 Btu / ft2 hr oF) memenuhi syarat.
-
Menghitung Panjang tube (tebal bed) Reaktor dan Suhu Menentukan persamaan profil perubahan konversi terhadap panjang reaktor Jika ditinjau sebuah pipa sepanjang reaktor, profil aliran gas dalam pipa :
FA XA W
W FA XA
Gambar C.7 Increment Reaktor Asumsi keadaan reaktor dalam keadaan steady state maka laju akumulasi =0. laju input – laju output + laju reaksi = laju akumulasi
C-27
FA W FA W W rA W 0
(1)
FA W FA W W rA W FA W FA W W W lim
rA
FA W FA W W W
W 0
(2) rA
dFA rA dW
(3)
(4)
dengan : dW = d(Vt.ρB) (1- ε) = (dVt. ρB + dρB.Vt) (1- ε) = (dVt. ρB + 0) (1- ε) = (d(A.Z). ρB) (1- ε) = (dA.Z +A.dZ). ρB.(1- ε) = (0 + A.dZ).ρB.(1- ε) 2 = Dit . .Nt.dZ. ρB.(1- ε) 4
dZ =
Dit . 4
(5)
2
Dengan mensubstitusikan persamaan (5) pada persamaan (4) didapat persamaan sebagai berikut :
dFA rA Dit 2 . .Nt.ρB.(1- ε) dZ 4
(6)
dimana : FA FA0 1 X A dFA d FA0 1 X A dFA dFA0 . d FA0 X A dFA 0 dFA0 . X A FA0 dX A dFA 0 0. X A FA0 dX A dFA FA0 . dX A
(7)
C-28
Dengan mensubstitusikan persamaan (7) pada persamaan (6), didapat persamaan sebagai berikut :
FA0 dX A rA Dit 2 . .Nt.ρB.(1- ε) dZ 4
(8)
( )
(9)
dimana :
(10) (
) ( (
(
)
) )
(Tavan et al , 2013) Keterangan: r’
: Laju reaksi (mol/kg cat s)
R
: Konstanta gas umum (8.314), (J/molK)
T
: Temperatur (K)
k
: konstanta kecepatan reaksi
KM
: konstanta kecepatan absorbsi methanol
KW
: konstanta kecepatan absorbsi air
Pdme
: Tekanan parsial DME
Pwater
: Tekanan parsial Air
PmeOH
: Tekanan parsial Methanol
Keq
: Kesetimbangan
1. Menentukan persamaan profil perubahan suhu terhadap panjang reaktor Reaktor fixed bed multi pipa menyerupai alat penukar panas dimana umpan masuk ke dalam pipa yang berisi katalis dan media pendingin mengalir di shell. Untuk keadaan steady state, Qin-Qout + Q dihasilkan = 0
(11)
C-29
Keterangan : Qin
= Panas yang ditambahkan ke dalam sistem oleh laju alir massa menuju sistem =
Qout
(12)
= Panas yang meninggalkan sistem oleh laju alir massa keluar sistem =
(13)
Qdihasilkan= Panas yang berasal dari sistem menuju ke lingkungan/pendingin = U(T-Ts)
(14)
dimana Dengan mensubstitusikan persamaan (12), (13) dan (14) ke persamaan (11) sehingga diperoleh persamaan : *∑
+
*∑
+
UT-Ts)
Persamaan di atas dibagi dengan ΔZ, kemudian dilimitkan dengan Z 0 sehingga diperoleh persamaan : - U(T-Ts)
(15)
Sehingga :
Z
= tebal katalis
FA0
= laju alir methanol
U
= koefisien perpindahan panas
T
= suhu reaktor
Ts
= Suhu pendingin
ID
= diameter dalam pipa
Nt
= jumlah pipa dalam reaktor C-30
Xa
= konversi = panas reaksi
Fi = laju alir senyawa i
Menetukan profil perubahan suhu pendingin dalam reaktor Persamaan di atas dibagi dengan ΔZ, kemudian dilimitkan dengan Z 0 sehingga diperoleh persamaan :
(16) Dimana : Ws
= Jumlah pendingin
Cps = Kapasitas panas pendingin U
= Koefisien perpindahan panas overall
ID
= diameter dalam pipa
Nt
= suhu reaktor
Ts
= suhu pendingin
T
= suhu reaktor
Z
= tebal tumpukan katalis
Menghitung Pressure Drop Sepanjang Tube Menggunakan persamaan Ergun : [
]
Dimana : P
= tekanan dalam Tube
Gt
= Laju alir dalam tube = porositas
ρ
= densitas katalis
g
= konstanta gravitasi = viskositas gas
C-31
Panjang pipa dapat ditentukan dengan menyelesaikan kempat persamaan differensial secara simultan dengan menggunakan persamaan-persamaan dibawah ini : 1.
( )
2. 3. 4.
[
]
Persamaan differensial diatas dapat diselesaikan dengan bantuan trial pada Ms. Office Excel, berikut adalah hasil dari pengolahan data pada Microsoft Office Excel sehingga diperoleh : 1.
Konversi terhadap Panjang Reaktor
2.
Suhu terhadap Panjang Reaktor
3.
Suhu pendingin terhdap Panjang reaktor
4.
Tekanan terhadap Panjang Reaktor Tabel C.13 Profil Suhu, Tekanan, Suhu pendingin, konversi terhadap panjang tube T (K) 513,1500 513,1729 513,2270 513,2812 513,3356 513,3902 513,4447 513,4995 513,5545 513,6096 513,6648 513,7201 513,7755 513,8310 513,8867 513,9424 513,9982 514,0540 514,1099
Xa 0,0000 0,0000 0,0361 0,0723 0,1084 0,1446 0,1807 0,2169 0,2531 0,2892 0,3254 0,3616 0,3977 0,4339 0,4700 0,5062 0,5422 0,5783 0,6143
P(atm) 16,7500 16,7478 16,7445 16,7411 16,7378 16,7344 16,7310 16,7277 16,7243 16,7210 16,7176 16,7143 16,7109 16,7075 16,7042 16,7008 16,6975 16,6941 16,6907
Ts(K) 323,0000 323,0019 323,0038 323,0057 323,0075 323,0094 323,0113 323,0132 323,0151 323,0170 323,0189 323,0208 323,0227 323,0246 323,0264 323,0283 323,0302 323,0321 323,0340
Z(m) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 C-32
514,1658 514,2216 514,2774 514,3328 514,3881 514,4429 514,4971 514,5503 514,6019 514,6023 514,6022
0,6503 0,6862 0,7220 0,7576 0,7931 0,8284 0,8633 0,8978 0,9314 0,9636 0,9756
16,6874 16,6840 16,6807 16,6773 16,6739 16,6706 16,6672 16,6639 16,6605 16,6571 16,6557
323,0359 323,0378 323,0397 323,0416 323,0435 323,0454 323,0473 323,0492 323,0511 323,0530 323,0538
1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,8
1,00 0,80
Konversi
0,60 0,40 0,20 0,00 0,00
0,50
1,00
-0,20
1,50
2,00
2,50
3,00
Panjang tube(m)
- Gambar C.8 Profil konversi terhadap panjang reaktor 515,0 514,8
Suhu reaktor (K)
514,6 514,4 514,2 514,0 513,8 513,6 513,4 513,2 513,0 0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
Panjang tube (m)
- Gambar C.9 Profil suhu rekator terhadap panjang reaktor C-33
16,76
Tekanan reaktor (atm)
16,74 16,72 16,70 16,68 16,66 16,64 0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
Panjang tube (m)
- Gambar C.10 Profil tekanan reaktor terhadap panjang reaktor 323,06
Suhu pendingin (K)
323,05 323,04 323,03 323,02 323,01 323,00 322,99 0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
Panjang Tube(m)
- Gambar C.11 Profil suhu pendingin terhadap panjang reaktor Dari perhitungan diatas diperoleh : Z
= 2,8421 m
T output = 514,602 K Ts output = 323,054 K P output = 16,65 atm - Menentukan massa dan volume katalis W = ρb x Nt x ID2 x Z = 720 kg/jam x 1030 x (0,0257) 2 m x 2,8421 m = 1386,5528 kg Volume katalis C-34
Vkatalis = = 1,9258 m3
=
- Menghitung waktu tinggal Volume void bed katalis = volume tube – volume katalis (
)
=( = 6,0727 – 1,9258 = 4,1509 m3
= 901,0512 m3/jam
=
= Vbed/Volume gas masuk =
= 16,5843 detik
Tebal shell dan head shell - Tebal shell Bahan konstruksi yang digunakan adalah Carbon Steels SA - 285 Grade C dengan alasan bahan baku tidak korosif dan allowable strees yang tinggi dengan spesifikasi sebagai berikut : Allowable stress (f)
= 12650 psi
Efisiensi pengelasan (E)
= 0,85
Faktor korosi (c)
= 0,125
Radius silinder (ri)
= 22,2655 in
Tekanan operasi
= 16,75 atm
Faktor keamanan
= 10%
Tekanan perancangan (P) = 110 % × 16,75 atm = 18,425 atm = 270,847 psi Nb: *) Sumber Tabel 13.1 Brownell and Young Hal.251 **) Tabel 13.2 Brownell and Young hal. 254 Tebal shel1 dapat dicari dari Persamaan 13.1 Brownell and Young Hal. 254 design of cylindrical shells under internal pressure: ts =
P ri c f E 0,6 P
C-35
ts =
270,847 22,2655 0,125 = 0,6945 in 12650 0,85 0,6 270,847
Digunakan tebal shell standar = 0,875 in
-
Tebal head Head yang dipilih adalah head jenis ellipsoidal (karena tekanan operasi > 200 psi). Bahan yang digunakan adalah Carbon Steels SA - 285 Grade C atau sama dengan bahan yang digunakan pada shell. Untuk menghitung tebal head bisa dicari dengan persamaan berikut: th
p.rc.w c 2.f .E 0,2.p
(Sumber: Persamaan 7.77 Brownell and Young hal. 138) dimana: E = welded joint effisiensi f
= max allowable stress (psia)
p = tekanan design (psia) W = faktor stress-intensification factor for torispherical dished heads W = ¼ (3 + (rc / icr)0,5) (Sumber: Persamaan 7.76 Brownell and Young hal. 138) Rc dan icr diperoleh dari Tabel 5.7 Brownell and Young hal. 89 dengan memplotkan nilai OD (outside diameter) dan ts (tebal shell). Besarnya OD dapat dihitung dengan persamaan berikut: OD = ID +2 ts OD = (44,531) + (2 x 0,875) = 45,92 in Diambil OD standar = 78 in (Tabel 5.7 Brownell and Young Hal. 89) Dari tebal shell = 0,875 dan OD = 60 in, akan diperoleh : icr = 3,625 in rc
= 54 in
Menghitung nilai W, hasil perhitungan sebagai berikut: W = ¼ (3 + (54 / 3,625)0,5) = 1,7149 in sehingga :
C-36
th
=
P.rc.W c 2. f .E 0,2.P
270,847.x54 x1,7149 0,125 2.x12650 x.0,85 0,2 x270,847 = 1,2943 in
Digunakan tebal head standar = 1,3750 in
Tinggi Head dan Reaktor - Tinggi head Dari tabel 5.8 Brownell hal. 93, tebal head 1,875 in didapat sf = 2,8125 in AB = IDs icr = 44,531 3,625 = 18,6405 in 2 2 BC = rc – icr = 54 – 3,625 = 50,375 in b= rc -
BC
2
AB 2 = 7,2007 in
Tinggi head = th + b + sf = 1,375 + 7,2007 + 2,8125 = 11,3882 in = 0,2893 m - Tinggi reaktor Tinggi reaktor
= Z + 2 tinggi head = 2,8421 m + (2 × 0,2893 m) = 3,4206 m
-
Volume reaktor VR
= V shell + 2 V head
IDs
= 44,531 in
Z
= 2,8421 m
V shell
= (π/4) IDs2 Z = 2,8543 m3
2 x V head
= 2 x (0,5 x 4/3 π x rc3) = 10,8032 m3
VR
= V shell + (2 V head) = (2,8543+10,8032) m3 = 24,4606 m3
Pressure Drop Shell dan Tube - Pressure drop shell C-37
ΔPs = f
f Gs 2 IDs N 1 5,22 1010 De s
= 0,0009 (fig. 29 Kern)
Gs = 411.869,3737 lb / hr.ft2 IDs = 44,531 in = 3,6961 ft De = 0,8897 in = 0,0738 ft s
=
=
Z
= 2,8421 m = 111,8938 in
B
= 2,7721 ft = 33,2647 in
N+1
= 1,0225
= Z B = 4,8064
f Gs 2 IDs N 1 ΔPs = 5,22 1010 De s 0,009 411.869,3737 2 44,531 4,0864 5,22 1010 0,8897 1,0225
= 0,4816 psi Allowable pressure drop 10 psi -
Presuure drop tube Dp = diameter partikel katalis = 0,0066 ft Nt = 1030 tube At = Wt = 12613,2663 kg/jam = 27.807,4592 lb/ jam. Gt = ρ = 13,9984 kg/m3 = 0,8739 lb/ ft3 µ = 0,0363 lb/ft.jam NRE = Untuk NRe
diperoleh :
f = 0,003 (Figure 26. Kern,1983) s= L = 8 ft IDT = 0,0842 ft C-38
n=1
ΔPt = = 0,00029 psi lb/jam.ft2 diperoleh
Untuk Gt = ΔPr = (
)( )
(
= 0,001 (Figure 27, Kern)
)
= 0,2861 psi ΔPtotal = ΔPt + ΔPr = (0,00029 + 0,2861) psi = 0,2864 psi Allowable pressure drop 2 psi
C-39
Tabel C.14 Ringkasan Spesifikasi Reaktor Spesifikasi Reaktor Tipe
Fixed Bed Multitube
Pendingin
DowTherm-A
Kondisi
Non Isothermal-Non adiabatis
Panjang tube
2,82 m
Tinggi reaktor
3,42 m
Diameter reaktor
1,1311 m
Jumlah tube
1030
Volume reaktor
25,6848 m3
Waktu tinggal
24,4311 Detik
Suhu masuk
513 K
Suhu keluar
514,6 K
C-40
4.HEAT EXCHANGER 464 oF
86 oF
148,5104 oF
382,324 oF
Gambar C.12 Skema Heat exchanger Fungsi
: Menaikan suhu bahan baku hingga T bubble
Tujuan
: - Menentukan tipe heat exchanger -
Menentukan bahan konstruksi heat exchanger
-
Menentukan dimensi heat exchanger
a. Menentukan Tipe Heat exchanger Menentukan UD (Trial) Dari tabel 8 Kern, 1965 :Approximate Overall Design Coefficients, untuk heat exchanger dengan sistem light organic (viskositas kurang dari 0,5 cp) sebagai hot fluid dan cold fluid maka harga UD dalam rentang 40 – 75 Btu/lb.hr.ft2.oF oF dengan allowable dirt factor 0,0015. Dipilih harga UD 40 Btu/lb.hr.ft2.oF Menghitung Luas Perpindahan Panas (A) W = 27807,459 lb/jam Q=
Nilai A lebih besar dari 200
, maka digunakan heat exchanger jenis Shell and Tube
Heat exchanger HE dengan pertimbangan luas perpindahan panas lebih dari 200 ft2 dan Maintenance dan struktur pendukung relatif mudah dan murah biayanya. Menentukan Letak Fluida Masuk Heat exchanger C-41
Fluida yang masuk ke tube adalah aliran produk reaktor (DME, Methanol dan air) sedangkan fluida yang masuk dalam shell adalah aliran bahan baku keluaran compressor (Methanol, air). Dalam penentuan letak fluida ada beberapa hal yang harus dipertimbangkan : 1. Fluida yang lebih kotor masuk ke tube, Rd methanol cair lebih besar dari Rd DME. 2. Fluida dengan volume yang lebih besar berada di shell, Volume DME lebih besar dari volume methanol. 3. Fluida dengan viskositas yang lebih kecil berada di tube, viskositas methanol lebih besar dari viskositas DME. Dengan pertimbangan diatas ditentukan fluida yang methanol (keluaran tangki) masuk tube dan DME (produk reaktor) masuk shell. b. Menentukan Bahan Konstruksi Heat exchanger Dalam menentukan bahan konstruksi HE digunakan beberapa pertimbangan:
Suhu fluida yang masuk,
Jenis fluida
Bahan konstruksi yang digunakan adalah jenis Carbon Steel SA 283 grade C dengan pertimbangan :
Mempunyai allowable working stress yang besar.
Harga relatif murah.
Bahan yang umum digunakan dalam industri
c. Menentukan Dimensi Heat exchanger Dari perhitungan neraca panas diperoleh data sebagai berikut Fluida panas (Produk reaktor : DME, Methanol, dan air) : Suhu masuk (T1)
= 513 K = 464 oF
Suhu keluar (T2)
= 194,625 K= 382,32 oF
Laju alir
= 12613,2663 kg/jam = 27807,459 lb/jam
Fluida dingin (keluaran pompa: Methanol dan air) Suhu masuk (t1)
= 303 K = 86 oF
Suhu keluar (t2)
= 513 K =148,51 oF
Laju alir
= 12613,2663 kg/jam = 27807,459 lb/jam
Beban panas = 1124635,93 kj/jam = 1065949,0532 Btu/jam
Menghitung ΔT LMTD C-42
Tabel C.15 Perhitungan ΔT LMTD Fluida panas 464 382,324 13,986
o
Temperatur tinggi ( F) Temperatur rendah (oF) Selisih temperatur (F)
Fluida dingin 148,5104 86 62,5104
selisih 315,48 296,32
ΔT ΔT1 ΔT2 ΔT2 - ΔT1
T1 T2 t 2 t1 t 2 t1 T1 t1
FT = 0,98 ( Fig. 18 Kern) ∆TLMTD koreksi = ∆TLMTD x FT = 299,69 oF ρ campuran
= 796,368 kg/m3
ρ air
= 1036,163 kg/m3
SG
= 0,768
o
=
Kc
= 0,1
∆Tc/∆Th
= 0,765
Fc
= 0,48
Tc
= 382,324 + 0,48 (81,675) = 421,528 oF
tc
= 148,51 +0,48 (62,51) = 178,515 oF
API
Menentukan Spesifikasi Shell dan TubeHeat exchanger : Direncanakan instalasi pipa standar yang diambil dari data Kern, 1965 Bagian Shell (tabel 9, Kern)
Bagian Tube(tabel 10, Kern)
ID = 13,25 in
Length = 16 ft
Baffle space = 5 in
OD, BWG, pitch = 1 in; 10; 1 ¼ in
Passes = 1
Passes = 2
C-43
Menghitung Jumlah tube Nt =
=
= 54,89 buah
Untuk jumlah tube tersebut maka digunakan jumlah tube standar yang mendekati yaitu 56.
Fluida Panas : Shell, Aliran produk
Fluida dingin : Tube, Aliran bahan
reaktor (DME, air, Methanol sisa)
baku (Methanol, Air)
Menghitung flow area overall (as)
Menghitung flow area overall (at) in2 (Tabel 10, Kern)
= 0,092 ft2
=
Mass velocity,
Mass velocity,
= 302209,37 lb/ft2.hr o
Pada Tc = 421,528 F
Pada tc = 178,515 oF
(Fig. 28, Kern)
(Table 10. Reynold number,
Kern)
= 31858,657
Reynold number, = 628349,36 (Fig. 28, Kern)
(Fig. 24, Kern) c = 0,642 k = 0,105
c = 0,469 k =0,0109
(
)
Menghitung ho
( )
C-44
tw = tc +
= 235,307 oF
Pada tw = 235,307 oF = 1,759 Cp
Pada tw = 235,307 oF
7,49 cp
= 0,0069 Cp
= 0,816
0,0063 cp = 1,0079
hio =
= = 150,907
ho =
= = 84,767
Clean Overall Coefficient, UC
Design Overall Coefficient, UD
Total surface,
C-45
d. Menentukan Pressure Drop Shell Untuk
Tube Untuk
(Fig. 29, Kern) s = 0,94 (Fig. 6, Kern)
(Fig. 26, Kern) s = 0,72 (Fig. 6, Kern)
No. Of Crosses,
(Fig. 27, Kern)
Allowable ΔP = 2 psi Allowable ΔP = 10 psi
Tabel C.10. Shell and tube Heat Exchanger RINGKASAN PERANCANGAN HEAT EXCHANGER HE tipe 1,2 shell and tube heat exchanger Shell
Tube
Fluid : methanol keluaran kompresor (gas)
Fluid :Produk reaktor (gas)
ID = 13 ¼ in
Length = 16 ft
Baffle space = 5 in
OD, BWG, pitch =1 in; 10; 1,25 in
Passes = 1
Passes = 2 Nt = 56
Luas (A) = Uc = UD = Resistance dirt (Rd) Allowable = 0,0015 dan Resistance dirt (Rd) Calculated = 0,001557, Rd Calculated lebih besar dari Rd Allowable ∆P shell = 0,0248 psi lebih kecil dari Allowable ∆P dan ∆P tube = 0,78 psi lebih kecil dari Allowable ∆P Heat Exchanger telah memenuhi spesifikasi
C-46
5.COLUMN DISTILLASI
CW out CW in
C-01
AC-01
P-03
D-01
Gambar C.13 Sekema alat Distilasi Fungsi
: Memisahkan produk DME dari metanol dan air, sehingga diperoleh kemurnian produk sebesar 99,92 %W pada hasil atas (destilat)
Tipe
: Sieve Tray
Tujuan
: 1. Menentukan tipe kolom 2. Menentukan bahan konstruksi kolom 3. Menentukan jumlah plate 4. Menentukan dimensi kolom a.
Diameter kolom
b.
Tebal shell kolom
c.
Tebal head
d.
Tinggi head
e.
Tinggi kolom
a. Menentukan tipe kolom Dalam perancangan ini dipilih tipe tray dengan pertimbangan;
Perkiraan awal diameter kolom > 3 ft
Campuran tidak bersifat korosif
Rentang batas laju alir yang cukup besar tanpa menimbulkan flooding
Lebih mudah untuk dibersihkan dan diperiksa untuk perawatan (memungkinkan untuk dibuat manway atau manhole)
Jenis tray yang digunakan adalah jenis sieve tray dengan pertimbangan : C-47
Kapasitas uap dan cairannya besar
Pressure drop rendah, effisiensi tinggi
Lebih ringan
Murah dan mudah diperoleh
Biaya perawatan murah, mudah dibersihkan dan konstruksi sederhana
b. Menentukan bahan konstruksi kolom Pemilihan bahan konstruksi didasarkan pada jenis pada fluida dan kondisis operasi. Dipilih bahan konstruksi jenis carbon steel SA-285 Grade C, dengan pertimbangan:
Mempunyai allowable working stress yang besar sehingga untuk kapasitas yang sama memerlukan ketebalan bahan yang tipis
Struktur kuat
Lebih ekonomis
Tidak mudah korosif
c. Menentukan Jumlah plate Untuk mengetahui suhu umpan, puncak dan dasar kolom digunkan persmaan antoin yaiatu : Log10P =A+ +Clog10(T)+DT+ET2 Dengan konstanta antoin sebagai berikut :
Tabel C.17 konstanta antoin Komponen Methanol Dme Air
A 45,617 20,27 29,8605
B -3244,7 -1591,4 -3,1522E+03
C -13,988 -4,653 -7,3037E+00
D 6,6365E-03 -1,3178E-10 2,4247E-09
E -1,0507E-13 2,5623E-06 1,8090E-06
Kondisi Umpan Dengan menghitung nilai tekanan saturated tiap komponen, dapat menghitung nilai K, Yi, Xi dengan menggunakan solver didapat T Dew = 425,976 K P = 9,5 atm
T Dew = 425,796 K
Tabel perhitungan T Dew = 425,796 K
Tabel C.18 Kondisi Umpan Komponen kmol/jam Xf=xi
P sat atm
K
Yi
yi= xi.K
C-48
Methanol Dme Air Total
9,6032
0,0243
11097,1668
14,6015
1,5370
0,0158
191,9851
0,4865
57997,3166
76,3123
8,0329
0,0606
193,0362
0,4892
3823,9003
5,0314
0,5296
0,9236
394,6244
1
1
Kondisi Puncak Dengan menghitung nilai nilai tekanan saturated komponen, dapat menghitung nilai K, Yi, Xi dengan menggunakan solver didapat T dew = 317,514 K P = 9 atm
T dew = 317,514 K Tabel C.18 Kondisi Puncak
Komponen kmol/jam Xf Methanol 0,1381 0,0007 Dme 191,9851 0,9985 Air 0,1473 0,0008 Total 192,2705 1,0000
P sat atm 0,4262 9,8797 0,0917
K 0,0474 1,0977 0,0102
Yi 0,0007 0,9985 0,0008 1,0000
Xi = yi/K 0,0152 0,9096 0,0752 1,0000
Kondisi Dasar Dengan menghitung nilai Pi sat tiap komponen, dapat menghitung nilai K, Yi, Xi dengan menggunakan solver didapat T buble = 448,12 K P = 10 atm
T buble = 448,12 K Tabel C.19 Kondisi dasar
Komponen Methanol Air Total
kmol/jam
Xf
P sat atm
9,4651
0,0468
18304,8088
K
24,0853
Yi
2,5353
Xi = yi/K
0,1186
192,8889
0,9532
6676,0666
8,7843
0,9247
0,8814
202,3540
1,0000
1,0000
Menghitunga jumlah refluks 1. Menentukan konstanta Underwood Komponen kunci berat (HK) =air Komponen kunci ringan (LK) = methanol αi = 1-q = Trial harga θ hingga didapat nilai (1-q) =1 dan diperoleh harga θ = 1,795
C-49
Tabel C.20 Perhitungan Konstanta Underwood Komponen Methanol DME Air Total
Kmol/jam 9,6032 191,9851 193,0363 394,6245
Xf 0,0243 0,4865 0,4892 1,0000
Ki 1,5370 8,0329 0,5296
Αi 2,9021 15,1671 1,0000
αi.xF 0,0706 7,3788 0,4892
αi-θ 1,1074 13,3724 -0,7947
1-q 0,0638 1,5518 -0,6156 1
Menentukan nilai R min R min +1 =
Tabel C.21 Perhitungan nilai R min Dari hasil perhitungan diatas didapat nilai θ = 1,795 Komponen Methanol Dme H2O Total
Komponen Methanol Dme H2O Total
Kmol/jam Xd Ki-puncak Ki dasar α-puncak 0,1382 0,000718 0,0474 2,5241 4,6499 191,9850 0,998516 1,0977 10,6688 107,7833 0,14730 0,000766 0,0102 0,9252 1,0000 192,2702 1
Xd α-dasar αi-rata-rata αi.xD αi-θ Rmin + 1 0,000718 2,7280 3,5616 0,0026 1,7670 0,0014 0,998516 11,5307 35,2536 35,2013 33,4590 1,0521 0,000766 1,0000 1,0000 0,0008 -0,7947 -0,0010 1 1,0526
R min + 1
=1,0526
Rim
= 0,0526
Pendingin yang digunakan adalah cooling water, harga R/Rim = 1,25 R= 1,25 x 0,0526 = 0,0657 Menetukan komposisi cairan refluks (Lo) D
= 192,4704 kmol/jam
Lo=(R x D)
= 12,6315 kmol/jam
Menentukan jumlah plate Komponen kunci ringan = Methanol (Lk) Komponen kunci berat
= Air (Hk) C-50
Tabel C.22.Kondisi Operasi Kolom Distilasi 1 (D-01) Kondisi Tekanan (atm) Suhu (K) 9,5 345,9 9 317,5 9 450
Umpan Atas Bawah
Kondisi Umpan Laju alir umpan ditunjukkan pada Tabel C.23 Tabel C.23.Laju Alir Umpan Komponen CH3OH CH3O CH3 H2O Total
F (kmol/jam) 9,6032 191,9851 193,0363 394,6245
xF xD Xw 0,0243 0,00071826 0,04675294 0 0,4865 0,9985156 0,4892 0,00076614 0,95324706 1,0000 1,0000 1,0000
Umpan masuk kolom pada suhu 345,9 K dan tekanan 9,5 atm. Dari perhitungan neraca panas dengan menghitung vapour liquid equilibrium, umpan masuk kolom berupa uap jenuh (saturated vapor), dengan komposisi masing-masing komponen ditunjukkan pada tabel C.29.
Menghitung jumlah plate ideal Menentukan jumlah plate minimum (Nm) Jumlah plate minimum dapat dihitung dengan persamaan Frenske (Perry, 1986) {
}
Dimana : Xlk, Xhk
= Fraksi komponen kunci ringan, kunci berat
(αlk – αhk) avg
= sifat penguapan relatif komponen kunci ringan terhadap
komponen kunci berat (
)
(
)
( (
) )
C-51
{
}
Menentukan jumlah plate ideal Rmin + 1 = 1,0526 Rmin
= 0,0526
Direncanakan menggunakan air sebagai media pendingin R/Rmin
= 1,25
Dipilih R/Rmin= 1,25 sehingga : R = 1,25 x 0,0526 = 0,0657
Dari Fig 12.12, Ernest J. Henley, “Equilibrium-Stage Separation Operation in Chemical Engineering”, diperoleh :
N = 10,1
Menghitung jumlah plate aktual Menghitung viskositas umpan masuk pada Tumpan = 345,9 K. Adapun perhitungan rumus perhitungan viskositas sebagai berikut:
(Sumber: Chemical Properties, Carl L Yaws: Hal. 478)
Tabel C.24.Viskositas Campuran Komponen Xi A B C D Methanol 0,079787 -9,0562 1,25E+03 0,0224 -2,35E-05 DME 0,458775 -406,08 4,44E+04 1,2274 -1,24E-03 Air 0,461438 -10,2158 1792,5 0,01773 -1,26E-05 Total 1
1,44E-01 6,98E-04 1,79E-01
.xi 0,0115 0,0003 0,0826 0,0945
C-52
avg
= 0,099425 cP
Dari Fig 13.5 hal 510, Ernest J. Henley “Equilibrium-Stage Separation Operation in Chemical Engineering”, diperoleh efisiensi kolom E = 0,7 Jadi efisiensinya adalah 70 % N
NActual =
810,1 = `14,42 plate 15 plate 0,7
Jadi jumlah plate aktual sebanyak 15 plate
Menentukan letak umpan Lokasi umpan dalam menara dapat diperkirakan dengan menggunakan metode Kirk and Bride: [
]
*( ) (
)(
) +
(Sumber: Coulson Vol. Eq 11.62: Hal. 526) dimana : Nr = jumlah plate yang dihitung dari puncak menara Ns = jumlah plate yang dihitung dari dasar menara B = Molar flow bottom product D = Molar flow top product Xf,HK
= fraksi mol komponen kunci berat yang ada di umpan
Xf,LK
= fraksi mol komponen kunci ringan yang ada di umpan
Xd,HK = Fraksi mol komponen kunci berat yang ada di destilat Xb,LK [
]
[
]
= Fraksi mol komponen kunci ringan yang ada di bottom produk *( ) (
)(
Nr
= 10,2 Ns
Nr + Ns
= NActual
Nr + Ns
= 15
Ns
= 1,339
) + *( ) (
)(
) +
Jadi umpan masuk kolom destilasi pada plate ke 2.
C-53
d. Menentukan dimensi kolom 1. Diameter puncak kolom Diagram Alir: V
D Lo F
B
Gambar C.14 Visualisasi Arus pada Menara Distilasi Diameter puncak kolom bisa dihitung dengan menggunakan persamaan:
4 x At =
Dm
0,5
Dimana: Dm
: Diameter puncak menara (m)
At
: Luas penampang menara (m2)
Langkah perhitungan:
Menghitung BM campuran Tabel C.25 BM Campuran Komponen Methanol Dme Air
kmol/jam Xi BM 0,1381 0,00071826 191,9850674 0,9985156 0,147305556 0,00076614 BM Campuran
BM.Xi 32 0,022984288 46 45,93171778 18 0,013790469 45,96849253
BM campuran = 45,943 kg/kmol
Menghitung Densitas liquid campuran * (
)+
(Yaws, 2008)
Dimana :
C-54
= densitas (gr/cm3) T
= Temperaturoperasi (K)
Tc
= temperaturkritis (K)
A, B, n
= konstanta Tabel C.26 Densitas Campuran
komponen Methanol Dme Air
Xi A B N Tc 0,00071826 0,272 0,2719 0,2331 512,58 0,769327 0,9985156 0,2639 0,2633 0,2806 400,1 0,621819 0,34710 0,27400 0,2857 647,13 0,00076614 1,009572 campuran
Xi. 0,000553 0,620896 0,000773 0,62222
Lo = 580,65 kg/jam = 12,631 kmol/jam V = 9419,0355 kg/jam = 204,902 kmol/jam
Menghitung v (densitas uap) Kondisi Puncak Menara: Temperatur : 317,514K Tekanan
: 9 atm = 9,69 bar Tabel C.27 Densitas KomponenUap
komponen Methanol Dme Air
Pr
Yi 0,00071826 0,9985156 0,00076614 1
Tc (K) 512,58 400,1 647,13
Pc (bar) 80,96 53,7 220,55
yi.Pc Ω 0,566 0,05815 0,204 53,62029 0,345 0,168972 53,84741
yi omega yi.Tc 0,3681 0,000407 0,203697 399,5060 0,4957 0,000264 0,204368 400,3700
= = 0,18
Tr
= = 0,79
B0
= 0,083-
) = -0,528
B1
= 0,139-
) = -0,316
B
= B0 +
B1
= -0,593 Z
= 0,865 C-55
R
= 83,14 cm3.bar/mol.K
v
=
BM methanol x P Z xRxT
= 0,0195 gr/cm3 = 19,507 kg/m3
Menghitung kecepatan volumetrik cairan (Ql) dan uap (Qv)
Ql =
Lo = l
= 0,933 m3/jam = 0,000259 m3/s
Qv =
V = v
= 482,844
= 0,1341 m3/s
Menghitung liquid – vapour flow factor (FLV) Liquid – vapour flow factor (FLV) bisa dicari dengan menggunakan persamaan berikut: FLV
L
=
V
v l (Sumber Ernest J. Henley )
dimana : FLV
FLV
= liquid-vapour flow faktor
L
= Liquid mass flow rate (kmol/jam)
V
= Vapour mass flow rate (kmol/jam)
= 0,0000307 = Direncanakan tray spacing = 0,15 m
Untuk FLV < 0.1 maka digunakan harga FLV = -0,1. Untuk menghitung konstanta flooding (CF) dengan persamaan :
Direncanakan tray spacing =20 in = 0,15 m 0,0475 m 0,0269 m Tegangan permukaan campuran
C-56
Komponen Methanol DME Air
A
Tc (K) N 68 512,58 1,2222 60,96 400,1 1,2286 132,674 647,13 0,95 Total
Xi 24,65085153 0,000718259 12,48994645 0,998515604 75,42735578 0,000766137
.Xi 0,0177 12,4714 0,05778 12,5468
Tegangan permukaan campuran = 12,5468 dyne/cm = 0,0125 N/m
CF = 0,0665 m3/s
Menghitung flooding vapour velocity (Vf) Vf = CF x (Sumber: Ernest J. Henley) dimana : Vf
Vf
= Kecepatan flooding vapour (m/s)
l
= densitas cairan (kg/m3)
v
= densitas uap (kg/m3)
= 0,295 m/s
Diambil kecepatan flooding = 80% (non foaming liqud) Vf
= 0,8 x 0,369 = 0,295 m/s
Menghitung net area yang dibutuhkan untuk pemisahan fasa uap-cair (An)
Qv Vf
An
=
An
= 0,453 m2
Menghitung penampang menara (At) Panjang weir (W) dirancang = 0,8 D Dari Tabel 6.1 Treyball 3rd Ed, Hal. 162, pada W = 087 D luas tower dengan downspout 14,145 % At
An = 1 downspout
(Sumber: Treybal, Mass-Transfer Operations 3rd Ed, Hal. 163) C-57
At
= 0,527 m2
Menghitung diameter puncak menara ( Dm)
4 x At Dm =
0,5
Dm = 0,82 meter = 2,68 ft 1. Diameter Dasar Kolom Langkah perhitungan: •
Menghitung BM campuran Tabel C.29 BM Campuran Komponen Methanol Dme Air
kmol/jam Xi BM 9,460803125 0,04675294 0 0 192,8966056 0,95324706 BM Campuran
BM.Xi 32 46 18
1,496 0 17,1584 18,6545
BM campuran = 18,65 kg/kmol •
Menghitung Densitas liquid campuran * (
)+
(Yaws, 2008)
Dimana : = densitas (gr/cm3) T
= Temperaturoperasi (K)
Tc
= temperaturkritis (K)
A, B, n = konstanta Tabel C.30.Densitas Campuran komponen Methanol Dme Air
Xi A B N Tc Rho Xi.rho 0,272 0,2719 0,2331 512,58 0,603333 0,028208 0,04675294 0,2639 0,2633 0,2806 400,1 0,125221 0 0 0,34710 0,27400 0,2857 647,13 0,95324706 0,872177 0,8314 0,8596
Dengan menggunakan persamaan garis : V - ̅ = F (q-1) Karena umpan masuk pada titik didihnya maka, q =1
C-58
̅ = V = 9419,0355 kg/jam = 204,902 kmol/jam ̅ = F + Lo ̅ = 12613,3 + 580,6 = 13193,9 kg/jam = 407,256 kmol/jam •
Menghitung v (densitas uap) Kondisi Dasar Menara: Temperatur : 450,336 K Tekanan
: 10 atm = 10,2 bar Tabel C.40 Densitas Komponen Uap
komponen Methanol Dme air
Yi 0,04675294 0 0,95324706 1
Pr
Tc (K) 512,58 400,1
Pc (bar) 80,96 53,7
647,13
220,55
Ω yi.Pc Yi.ω 0,566 3,785118 0,026462 0,204 0 0 0,345 210,2386 0,32887 214,0238 0,355332
yi.Tc 0,010473 0 0,218294 0,228766
yi.Tc 23,96462 0 616,8748 640,8394
= P/Pc = 0,047
Tr
= T/Tc = 0,703
B0
= 0,083-
) = -0,659
B1
= 0,139-
) = -0,617
B
= B0 +
B1
= -0,878 Z R
= 0,9403 = 83,14 cm3.bar/mol.K
v
=
BM methanol x P Z xRxT
= 0,0054 gr/cm3 = 5,406 kg/m3
Menghitung kecepatan volumetrik cairan (Ql) dan uap (Qv) Ql = Qv =
̅ ̅
=
= 15,348 m3/jam = 0,00426 m3/s
=
= 1742,215
= 0,483 m3/s
Menghitung liquid – vapour flow factor (FLV) C-59
Liquid – vapour flow factor (FLV) bisa dicari dengan menggunakan persamaan berikut: FLV
L
=
V
v l
(Sumber: Coulson Vol. 6 Eq 11.82: Hal. 567) dimana : FLV
FLV
= liquid-vapour flow faktor
L
= Liquid mass flow rate (kmol/jam)
V
= Vapour mass flow rate (kmol/jam)
= 0,157
Untuk menghitung konstanta flooding (CF) dengan persamaan :
Direncanakan tray spacing = 20 in = 0,15 m 0,0475 m 0,0269 m Tegangan permukaan campuran
Komponen Methanol DME Air
A
TC N Xi 68 512,58 1,2222 8,437459 0,046752937 60,96 400,1 1,2286 0 0 132,674 647,13 0,95 48,8125 0,953247063 Total
.Xi 0,242822647 0 40,81883401 41,06165666
Tegangan permukaan campuran = 41,061 dyne/cm = 0,04106 N/m CF = 0,075 m3/s
Menghitung flooding vapour velocity (Vf) Vf = CF x (Sumber: Coulson Vol. 6 Eq 11.81: Hal. 567) dimana : Vf l
= Kecepatan flooding vapour (m/s) = densitas cairan (kg/m3) C-60
v Vf
= densitas uap (kg/m3)
= 0,944 m/s
Diambil kecepatan flooding = 80% (nonfoaming liquid) Vf
= 0,8 x 0,944 = 0,755 m/s
Menghitung net area yang dibutuhkan untuk pemisahan fasa uap-cair (An)
Qv Vf
An
=
An
= 0,64 m2
Menghitung penampang menara (At) Panjang weir (W) dirancang = 0,8 D Dari Tabel 6.1 Treyball 3rd Ed, Hal. 162, pada W = 0,8 D luas tower dengan downspout 14,145 % At
An = 1 downspout
(Sumber: Treybal, Mass-Transfer Operations 3rd Ed, Hal. 163) At
= 0,748 m2
Menghitung diameter dasar menara ( Dm)
4 x At Dm =
0,5
Dm = 0,976 meter = 3,203 ft
2.
Menghitung tebal shell
Tebal Shell puncak kolom Diameter = 32,28 in P operasi = 9 atm Spesifikasi bahan yang dipakai untuk shell sebagai berikut : Allowable working stress (f)*
= 12650 psi
Effisiensi pengelasan (E)**
= 0,85 (single welded butt joint)
Faktor korosi (c)
= 0,125 in
r (jari-jari)
= 16,142 in
Pdesain (10% lebih fak. Aman)
= 145,53 psia
C-61
Tebal shel1 dapat dicari dari Persamaan 13.1 Brownell and Young Hal. 254 design of cylindrical shells under internal pressure: ts =
P.ri C fE 0,6 P
di mana : ts = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) E = welded joint effisiensi f = max allowable stress r = radius of shell (in) ts =
= 0,344 in
Dipakai tebal shell standar 3/8 in (Tabel 5.6 Brownell and Young Hal. 88) Tebal shell dasar kolom Diameter = 38,44 in P operasi = 10 atm Spesifikasi bahan yang dipakai untuk shell sebagai berikut : Allowable working stress (f)*
= 12650 psi
Effisiensi pengelasan (E)**
= 0,85 (single welded butt joint)
Faktor korosi (c)
= 0,125 in
r (jari-jari)
= 19,225 in
Pdesain (10% lebih fak. Aman)
= 161,7 psia
Tebal shel1 dapat dicari dari Persamaan 13.1 Brownell and Young Hal. 254 design of cylindrical shells under internal pressure: ts =
P.ri C fE 0,6 P
di mana : ts = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) E = welded joint effisiensi f = max allowable stress r = radius of shell (in) ts =
= 0,415 in
Dipakai tebal shell standar 7/16 in (Tabel 5.6 Brownell and Young Hal. 88) C-62
3. Menghitung tebal head kolom • Menghitung tebal head puncak Head yang dipilih adalah head jenis torispherical (karena tekanan operasi < 200 psig). Bahan yang digunakan adalah carbon steel SA-285 Grade C atau sama dengan bahan yang digunakan pada shell. Untuk menghitung tebal head bisa dicari dengan persamaan berikut: th
p.rc.w c 2.f .E 0,2.p
(Sumber: Persamaan 7.77 Brownell and Young hal. 138) dimana: E
= welded joint effisiensi
f
= max allowable stress (psia)
p
=tekanan design (psia)
W
=faktor stress-intensification sfactor for torispherical dished heads W = ¼ (3 + (rc / icr)0,5) (Sumber: Persamaan 7.76 Brownell and Young hal. 138)
Rc dan icr diperoleh dari Tabel 5.7 Brownell and Young hal. 89 dengan memplotkan nilai OD (outside diameter) dan ts (tebal shell). Besarnya OD dapat dihitung dengan persamaan berikut: OD = ID +2 ts OD = 33,035 in Diambil OD standar = 36 in (Tabel 5.7 Brownell and Young Hal. 89) Dari tebal shell = 3/8 dan OD = 36 in, akan diperoleh : icr =2 1/4 in rc
= 36 in
Menghitung nilai W, hasil perhitungan sebagai berikut: W= [
( )
] = 0,916 in
sehingga :
th th =
P.rc.w c 2. f .E 0,2.P = 0,346 in
C-63
Digunakan tebal head standar = 3/8 in •
Menghitung tebal head dasar Head yang dipilih adalah head jenis torispherical (karena tekanan operasi < 200 psig). Bahan yang digunakan adalah carbon steel SA-285 Grade C atau sama dengan bahan yang digunakan pada shell. Metode perhitungan dan persamaan yang digunakan sama dengan metode perhitungan tebal head puncak. OD = ID +2 ts OD = 39,324 in Diambil OD standar = 40 in (Tabel 5.7 Brownell and Young Hal. 89) Berdasarkan tebal shell = 7/16 in dan OD = 40 in, akan diperoleh icr dan rc sebagai berikut: icr = 2 1/2 in rc
= 40 in
Dari Persamaan 7.76 Brownell and Young halaman 138 didapatkan persamaan : W = ¼ (3 + (rc / icr)0,5) W= [
( )
] = 0,908 in
sehingga :
th
P.rc.w c 2. f .E 0,2.P =
0,3985 in
Digunakan tebal head standar = 7/16 in
4. Menghitung tinggi head
Menghitung Tinggi head Puncak ID
= 0,82 m = 32,28 in
th standar
= 3/8 in
rc
= 36 in
icr
= 2 1/4 in
Sf
= 1,5 in
C-64
Gambar C.15 Skema head kolom a
=
b
=r-√
AB
= a-icr = 13,89
BC
= r-icr = 33,75 in
b
= 5,242 in
OA
= th + b+ Sf
= 16,142 in
= 7,116 in = 0,18 m
Menghitung head dasar ID
= 0,976 m = 38,45 in
th standar
= 7/16 in
rc
= 40 in
icr
= 2,5 in
Sf
= 1,5 in
a
=
b
=r-√
AB
= a-icr = 16,725 in
BC
= r-icr = 37,5 in
OA
= th + b+ Sf
= 19,224 in = 6,436 in
= 8,404 in = 0,212 m
5. Penentuan Tinggi Kolom H = OA puncak + OA dasar +(Ntray x tray spacing) = 0,18 + 0,212 + (15x0,15) = 8,013 m C-65
C-66
Tabel C.33 Ringkasan Spesifikasi Distilasi (D-01) Spesifikasi Distilasi Kode Alat
D-01
Fungsi
Memisahkan DME dari metanol dan air supaya memenuhi spesifikasi produk
Tipe
Sieve tray tower
Bahan
Carbon steel SA-285 Grade C Puncak kolom
Kondisi operasi Dasar Kolom Refluks min
0,0526
Refluks
0,0657
Jenis reboiler
Tanpa reboiler
Jenis kondenser
Kondenser total
Tekanan
: 9 atm
Temperatur : 317,514 K Tekanan
: 10 atm
Temperatur : 443,8592 K
C-67
7.KOMPRESOR
Stage 1
Stage 2
Gambar C.16 Skema kompresor Fungsi
: Menaikkan tekanan gas hasil dari Vaporizer (V-01) sebesar 1 atm menjadi 16,75 atm agar memenuhi kondisi operasi reaktor (R-01)
Tujuan
: 1. Menentukan rasio kompresi 2. Menenghitung suhu keluar kompresor 3. Memilih jenis kompresor 4. Menghitung tenaga dan daya untuk mengoperasikan kompresor
Kondisi arus inlet masuk P1 (Tekanan masuk) : 1 atm T1 (Suhu masuk)
: 351,87 K
P2
: 16,75 atm
Pressure ratio (P2/P1) : 3,139 Perhitungam 1. Menentukan jumlah stage ( ) Harga rasio kompresi, RC untuk jenis kompresor sentrifugal yaitu lebih kecil dari 4 (RC
