Materi Minggu Ke 12 [PDF]

Citation preview

Modul Aplikasi Komputasi Teknik Kimia program HYSYS



MINGGU KE 12 KOLOM/MENARA PEMISAH 5.2.3. ABSORPSI Suatu proses perpindahan massa difusi dimana peristiwa penyerapan suatu senyawa / unsur gas dalam campuran gas dengan menggunakan cairan/larutan penyerap (Absorben). Pada Hysys dipergunakan tiga condenser sebagai Reflux pada poduk atas, yaitu yaitu Total Reflux, Partial Reflux dan Full Reflux. Untuk memperoleh komponen gas yang diharapkan dan masih ada keluar sebagai produk atas. Oleh jarena itu dilakukan reflux, agar diperoleh solute yang optimum dan maksimum. Umumnya alat nya dinamakan Absorber. Contoh soal : Sour gas akan diserap CO2 dan H2S dan sedikit senyawa hidrokarbon ringan yang lian dengan Larutan DiEthyl Amin (DEA). Sebelum diserap sour gas dikurangi kandungan senyawa hidrokarbon beratnya , dan ini dilakukan dengan menggunakan Separator. Produk atas dari separator dimasukkan kedalam menara Absorber dan dilakukan peristiwa penyerapan. Sebanyak 1245 kgmol/h Sour gas masuk separator pada kondisi 30oC, 6895 kPa. Kemudian DEA masuk Absorber sebanyak 41.15 m3/h dengan kondisi 35oC, 6860 kPa. Kondisi Absorber : Bagian Atas menara 37.78 oC, 6860 kPa. Bagian bawah menara 71.11oC, 6895 kPa. Pergunakan AMINE Pkg sebagai Base Properties.



Komponen



Sour Gas



Larutan DEA



(Mass fraction)



(Masse fraction)



Nitrogen



0.002303



0.000000



Carbondiaoksida



0.093408



0.001818



Hidrogen sulfide



0.030120



0.000033



Methane



0.716616



0.000000



Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya Desember 2014



Modul Aplikasi Komputasi Teknik Kimia program HYSYS



Ethane



0.060731



0.000000



Propane



0.021075



0.000000



Isobutene



0.007766



0.000000



n-Butane



0.008662



0.000000



isopentane



0.005191



0.000000



n-pentane



0.004449



0.000000



n-hexane



0.007972



0.000000



n-heptane



0.037077



0.000000



H2O



0.004630



0.718039



DEAmine



0.000000



0.280109



Pertanyaannya : a. Berapakah suhu pada Sweat gas dan suhu pada Rich DEA ? b. Gambarkan Profiles suhu dan Aliran ! c. Buat neraca massa komponen CO2, H2S dan CH4 ! Penyelesaianya. i. Pilih Amine Pkg dan ketik komponen yang digunakan. ii. Pilih gambar SEPARATOR dan ABSORBER , letakkan pada media kerja dan klik 2x. iii. Klik 2x menara separator, ketik separator pada name, ketik Sour gas pada inlets, ketik Campuran gas pada Vapor outlets dan ketik FWKO pada Liquid outlets. Klik tanda x (close) iv. Klik tanda panah Sour gas 2x. klik compotition. Ketik data yang ada pada tabel diatas untuk sour gas. Klik Condition. Isi data : temperature 30oC, Pressure 6895 kPa, flowrate 1245 kgmole/hr. v. Klik 2x menara Absorber, ketik Absorber pada Column name, ketik Campuran gas pada Bottom Stage inlet, ketik Larutan DEA pada Top Stage inlet dan ketik Rich DEA pada Bottom Liqid outlet. Ketik Sweat gas pada Ovhd Vapour outlet, Klik Next vi. Ketik 6860 kPa pada Top Stage Pressure, enter. Ketik 6895 kPa pada Bottom Stage Pressure, enter. Klik Next



Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya Desember 2014



Modul Aplikasi Komputasi Teknik Kimia program HYSYS



vii. Ketik 37.78oC pada Optional Top Stage Temperature Estimate, enter. Ketik 71.11oC pada Optional Bottom Stage Temperature Estimate, enter. Klik Done viii. Klik icon PFD. Klik tanda panah larutan DEA 2x. klik compotition. Ketik data yang ada pada tabel diatas untuk Larutan DEA. Klik Condition. Isi data : temperature 35oC, Pressure 6860 kPa, liquid volume flow 43.15 m3/h, close(x) ix. klik menara Absorber 2x. klik RUN Maka Jawabannya : a. Klik icon Work bookmaka akan didapat :Suhu pada sweat Gas adalah 36.39oC dan pada Rich DEA adalah 57.94oC. b. Klik icon PFD, klik menara absorber 2x, klik Perpormance, klik Resuls, pilih temperature pada Tray by tray Properties. Klik View Graph, klik icon Maximize. Maka didapat gambar Profiles suhu. Untuk Aliran. Close(x), klik flow pada Tray by tray Properties. Klik View Graph, klik icon Maximize. Maka didapat gambar Profiles Aliran. c. Klik PFD. Klik pada masing-masing anak panah yang masuk dan keluar Absorber. Klik Composition, klik basis pilih mass flow, maka akan terbaca untuk komponen CO2, H2S dan CH4. Hasilnya adalah :



Komponen CO2 H2S CH4



Camp.gas (kg/h) 2255.1590 724.0016 17332.5287



Larutan DEA (kg/h) 80.2684 1.4744 0.0000



Sweat gas (kg/h) 274.2036 1.5321 17303.2341



Rich DEA (kg/h) 2061.2238 723.9439 29.2946



Latihan soal : 1. Rich DEA pada contoh soal diatas akan dimasukkan kedalam separator kembali untuk dipisahkan komponen gas (sebagai Flash Vaporization) dengan komponen cairannya. Keluar Absorber dilewatkan ke Valve, kemudian dimasukkan kedalam separator pada tekanan 620.5 kPa. Pertanyaannya: a. Berapakah Delta P pada Valve ? (delta P = 6274.50 kPa)



Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya Desember 2014



Modul Aplikasi Komputasi Teknik Kimia program HYSYS



b. Berapakah Suhu Campuran sebelum masuk Separator ? ( T= 57.82oC) c. Buat Neraca massa total pada Separator ? Campuran Masuk (kg/h) 46870.0999



Flash Vapour Atas (kg/h) 46825.6877



Cairan Bawah (kg/h) 44.4122



2. Produk bawah dari separator (soal no.1) akan dipanaskan dengan air menggunakan HE (delta P untuk semua 10 psi). keluar HE campuran tersebut dimasukkan kedalam Menara Distilasi pada suhu 93.33 oC untuk dipisahkan sebagai produk atas yaitu Acid Gas dan produk bawah yang merupakan campuran yang digunakan untuk memanaskan komponen yang masuk HE. Specs HE : Tube passes per Shell adalah 1, Shell Diameter 530.03 mm, Tube pitch adalah 50 mm, tube length adalah 1 m. Untuk data Distilasi. Condenser (menggunakan Full Reflux, P=189,6 kPa, T= 48.89oC). Reboiler (P=217.2 kPa, T=124.3 oC). Suhu masuk stage 1 adalah 100.3 oC. Vapour Rate 74.71 kgmole/h dan Reflux ratio 1.5. Pertanyaannya : a. Berapakah Koef. PP Menyeluruh (UA) HE ? (214575.1946 kJ/C-h) b. Berapakah tekanan komponen masuk distilasi ? (551.6 kPa) c. Berapakah jumlah stage yang digunakan ? ( 18 Stage ) 3. Acid gas dari Distilasi (soal no.2) ditampung dalam suatu tanki-1. Sedangkan produk bawah dari Distilasi digunakan sebagai media Pemanas Pada HE, dan keluar HE diteruskan ke Mixer bersama H2O segar (make up H2O). H2O masuk pada kondisi 21.11oC, 148.3 kPa. Keluar mixer sebanyak 43.15 m 3/h campuran didinginkan dengan Cooler, dimana delta P cooler sebesar 34.47 kPa. Campuran yang keluar dari cooler akan dialirkan oleh pompa melalui RECYCLE (tanda R berwarna hijau) dengan Toleransi Pressure ke Absorber. Suhu keluar pompa 35oC dan delta P pompa 6747 kPa. Pertanyaannya. a. Berapakah volume tanki-1 ? (91.74 m3) b. Berapakah Jumlah H2O masuk mixer sebagai makeup H2O? (173.01 kg/h) c. Berapakah beban (duty) cooler ? ( 9168732.0068 kJ/h)



Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya Desember 2014



Modul Aplikasi Komputasi Teknik Kimia program HYSYS



d. Berapakah beban (duty) Pompa ? (385285.2048 kJ/h)



5.2.4. STRIPPER Suatu peristiwa pemisahan komponen gas yang terserap dalam absorben, dengan menggunakan gas atau uap untuk dilucuti, agar absorben dapt termanfaatkan kembali. Pada Hysys peralatan tersebut dikatakan : Reboliler Absorber. Komponen masuk harus cair. Contoh soal: 15 kgmole/h Campuran yang terdiri dari 28%mol Ethanol, 52%mol Air(H 2O), 11%mol CO2, 3.2%mol Methanol, 2,6%mol 1-Propanol, 1.5%mole 2-Propanol, 1%mole 1-butanol dan 0.7%mol 2-butanol masuk menara Stripper ingin meningkatkan kemurnian Ethanol. Umpan masuk pada 1 atm. Kondisi pada menara Stripper; Bagian atas 46oC, 1 atm , bagian bawah 80oC, 1 atm,. Laju alir cairan (Liquid rate) adalah 5.5 kgmole/h. Reflux Ratio 1.5. Pergunakan NRTL sebagai Base Properties. Pertanyaannya : a. Berapakah laju alir produk atas dan laju alir produk bawah ? b. Berapakah kgmole ethanol dalam produk atas dan dalam produk bawah ? c. Berapa %mole ethanol pada produk atas? Penyelesaiannya : 1. Pilih NRTL dan ketik komponen yang digunakan. 2. Pilih gambar REBOILED ABSORBER , letakkan pada media kerja dan klik 2x. 3. Ketik STRIPPER pada Column name, ketik Umpan pada Top Stage inlet, ketik Q-reboiler pada Reboiler Energy Stream . Ketik Produk atas pada Ovhd Vapour outlet, ketik Produk bawah pada Bottom Liquid outlet.Klik Next 4. Ketik 1 atm pada Top Stage Pressure, enter. Ketik 1 atm pada Bottom Stage Pressure, enter. Klik Next



Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya Desember 2014



Modul Aplikasi Komputasi Teknik Kimia program HYSYS



5. Ketik 46oC pada Optional Top Stage Temperature Estimate, enter. Ketik 80oC pada Optional Reboiler Temperature Estimate, enter. Klik Next 6. Ketik 0.5 pada Boilup ratio,enter. Klik DONE 7. Klik icon PFD. Klik tanda panah Umpan 2x. klik composition. Ketik data yang ada pada soal diatas . Klik Condition. Isi data :



Pressure 1 atm, molar flowrate 15



kgmole/h. Ketik 0 pada Vapour/phase fraction, close(x) 8. klik menara Stripper 2x. klik Design, klik Specs, klik Add. Pilih Column Component Fraction, klik 2x. Klik Stage, pilih Reboiler. Klik spec Value, ketik 0.7 Klik Components, pilih H2O diklik, close(x). 9. Aktifkan Comp fraction pada column specifications dengan cara mengklik tanda active pada spesification details. Dan yang lain tidak diaktifkan. 10. Klik RUN Maka Jawabannya : a. Klik icon Workbook maka akan didapat : Laju alir produk atas



6.078



kgmol/h ; laju alir produk bawah adalah 8.922 kgmole/h. b. Klik tanda panah produk atas gas 2x. Klik worksheet, klik composition, klik basis. Pilih mole flows dan klik, maka diperoleh ethanol sebanyak 2.2596 kgmole/h. Klik tanda panah produk bawah 2x. Klik worksheet, klik composition, klik basis. Pilih mole flow dan klik, maka diperoleh ethanol sebanyak 1.9404 kgmole/h. c. Klik tanda panah produk atas cair 2x. Klik worksheet, klik composition, klik basis. Pilih mole fraction dan klik, maka diperoleh ethanol sebanyak 37.18%.



Latihan Soal: 1. Sebanyak 70 kgmole/h Campuran terdiri dari 95.07%wt Ethanol dan 4.93%wt air masuk kedalam tanki-1 pada kondisi 25 oC, 1 atm.dialirkan menggunakan pompa (delta P=0) untuk dipanaskan dengan air menggunakan Heater sehingga suhunya naik menjadi



78.1oC,1 atm. Kemudian Campuran dimasukkan kedalam Stripper



(Reboiled Absorber) bersama 220.8 kgmole/h campuran terdiri dari 41.96%mole Ethanol, 1.09%mole air dan 56.95%mole Benzene pada kondisi 55 oC, 1 atm. Kondisi pada menara Stripper; Bagian atas 65 oC, 1 atm , bagian bawah 78 oC, 1 atm,.



Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya Desember 2014



Modul Aplikasi Komputasi Teknik Kimia program HYSYS



Component Fraction adalah 1.0x10-5 untuk Benzene. Boilup Ratio (kosong). Pergunakan NRTL sebagai Base Properties. Pertanyaannya : a. Berapakah duty Heater ? (570477 kJ/h) b. Berapakah kondisi operasi pada produk atas dan produk bawah ? (Ta= 66.87



C,1 atm : Tb= 78.131oC , 1 atm)



o



c. Berapakah kgmole/h produk atas dan produk bawah dari Stripper ? (Na =



228.2 kgmole/h : Nb = 62.64 kgmole/h) 2. Produk dari soal no.1, yaitu produk bagian bawah melewati Valve dan ditampung didalam tanki-2 pada suhu 25oC. Sedangkan produk bagian atas didinginkan menggunakan cooler sehingga suhunya turun menjadi 25oC, 1 atm. Keluar cooler menjadi dua aliran menggunakan TEE. Diketahui aliran-1 sebanyak 9.5 kgmole/h Pertanyaannya : a. Berapakah Tekanan pada Valve ? (93.5203 kPa) b. Berapakah Volume Tanki-2 (Sphere) ? (317.8 m3) c. Berapakah duty Cooler ? (9355473.3603 kJ/h) 3. Aliran-2 (soal no.2) ditampung didalam separator, sedangkan aliran-1 dimasukkan ke BZ-Stripper (Reboiled Absorber) guna memisahkan airnya sebagai battom produk. Sedangkan produk atasnya dimasukkan kedalam separator bersama Aliran-2. Kondisi pada menara Stripper; Bagian atas 85oC, 1 atm , bagian bawah 100 oC, 1 atm,. Btms Prod Rate adalah 1.0x10-3 .Boilup Ratio (kosong). Pada separator diberi panas sebesar Q. Kemudian produk bawah dari separator suhu 55 oC. Pertanyaannya : a. Berapakah kgmole/h produk atas dan produk bawah dari BZ-Stripper ? (Produk



atas = 9.4990 kgmole/h , produk bawah = 0.0010 kgmole/h ) b. Berapakah jumlah Energy Q yang diberikan pada Reboiler ? (389419.2310



Kj/h) c. Berapakah jumlah Energy Q yang diberikan pada Separator ? ( 569240.1737



kJ/h)



Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya Desember 2014



Modul Aplikasi Komputasi Teknik Kimia program HYSYS



Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya Desember 2014