PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERLATAN
C.27 Rotary Dryer (RD-01)
Fungsi : Untuk mengurangi kadar metanol produk padatan DMT sampai 0,05%
Jenis alat : Direct contact type , co-current rotary dryer Alasan :
- Proses kontinu
- Direct dryer lebih ekonomis dan sederhana dalam hal konstruksi - Cocok untuk free-flowing particle atau granular
- Co-current flow dengan alasan agar gas pengering input yang masih panas berkontak dengan padatan DMT input yang masih basah. DMT memiliki tekanan uap yang cukup besar untuk menguap, sehingga padatan DMT yang sudah kering akan berkontak dengan gas pengering yang sudah relatif rendah suhunya
RD-01
Gambar C.6 Co-current Rotary Dryer
Udara pemanas masuk : 150oC Udara pemanas keluar : 50oC Banyak udara yang dibutuhkan : 4,396 kg/s
Kecepatan udara di dalam mantel rotary dryer biasanya antara 0,5-50 kg/(s.m2) (hal 12-55, Perry,1999),untuk desain alat diambil 1kg/(s.m2).
udara
Diameter rotary dryer biasanya antara 0,2-3 m (hal.12-56, Perry, 1999), sehingga desain diameter terpenuhi.
b. Menentukan panjang rotary dryer
Untuk direct rotary dryer, perbandingan panjang dan diameter (L : D) = 4 : 1 (Perry, 1999), sehingga:
L = 4 x D = 4 x 2,366 m = 9,47 m
Diambil overdesign sebesar 20 % dengan alasan safety design : L = 12 meter c. Menentukan putaran rotary cooler
Kecepatan putaran linear (v) dari rotary cooler dioperasikan antara 60-75ft/mnt (hal. 12-54, Perry,1999), untuk desain alat diambil 65 ft/mnt.
d. Hold-up padatan
Hold-up padatan berkisar 10 -15 % ( Perry, 1984 ) Diambil harga 10 %
Volume Rotary = D2L
14 = 43,96 m3 Hold up = 0,143,96m3 =4,396m3 Kecepatan umpan = 2,3372 kg/s
/ 3
1283 kg m s=
Kecepatan volumetris umpan =
Padatan = 2,3372 kg/s = 491,4815 solidkering2 ft
Dari persamaan Friedman and Marshall diperoleh :
4815
C.28 Menara Destilasi (MD-01)
Fungsi : Merecycle sisa metanol yang tidak bereaksi dengan memperoleh hasil metanol dengan kemurnian 99,4 ( % massa ) pada sisi enriching dan membuang air hasil reaksi esterifikasi pada sisi stripping
Jenis : Complete Fractionating Tray Columns Jumlah : 1 unit
Reflux : 1
Efisiensi Plate & Jumlah Actual Plate:
Estimasi e isiensi plate menggunakan kolerasi O’connell pada ig 11.13 ( Coulson,1983 ).
Relative volatility light komponent pada bagian atas Menara Distilasi : 5310
Relative volatility light komponent pada bagian bawah Menara Distilasi : 2408
Relative volatility light komponent rata-rata : 8859
average = 1.1658
Pada fig 11.13 pada Coulson,1983 bisa dibaca dengan harga average = 1.1658
diperoleh efisiensi plate berkisar 45 %.
Kebutuhan actual plate = 11 ( termasuk reboiler partial dan condensor partial ) x 100/45 =24.4444 plate.
Dipakai 23 plate + 1 unit reboiler partial + 1 unit condensor partial.
Feed plate juga harus dikoreksi, feed 1 berupa uap masuk pada spacing antara plate 4 dan 5 , feed 2 berupa uap masuk pada spacing antara plate 11 dan 12, dan feed 3 berupa liquid masuk pada downcomer menuju plate 13
Menentukan Diameter Coloum dengan Sieve -Tray:
Berdasarkan kecepatan uap maksimum yang diperbolehkan agar entrainment dan pressure drop kecil.
Persamaan 42 dan 43 merupakan persamaan Souder & Brown yang bisa digunakan untuk mengestimasi kecepatan uap maksimum dan diameter coloum.
(
0.171 2 0.27 0.047)
÷÷0.5ø çç ö
è
æ
= v
v lt L
lt
Uv
……… ( 42 )
Uv v Dc Vw
= 4 ……… ( 43 )
dengan ;
Uv = kecepatan uap maksimum , m/s lt = plate spacing , m
Dc = diameter coloum, m
Vw = maksimum vapor rate , kg/s
Jenis plate yang digunakan adalah Sieve-plate. Tipe Sieve plate merupakan tipe yang paling sederhana, paling murah ( berkisar 1/3 dari harga bubble cap ) dan pressure drop yang lebih kecil. Liquid tertahan ( tidak jatuh melalui lubang tray ) hanya karena ditahan oleh uap. Sehingga sieve tray tidak bisa digunakan untuk vapor flow rate yang rendah karena weeping akan terjadi. Weeping terjadi bila liquid jatuh melalui lubang karena uap tidak mampu menahan liquid di lubang.
Untuk Sieve tray : ( Winkle. M.V.) Diameter Coloum berkisar 1 -24 ft Plate spacing untuk Sieve tray :
Coloum diameter ,2.5-4 ft ; 18 in
Coloum diameter ,5 - 24 ft ; 24-36 in Di trial plate spacing = 2.5 ft = 30 in
Karena feed 1 berupa uap dan flow ratenya sangat besar dibandingkan feed 2 dan 3 maka menara dapat dibagi atas dua bagian yaitu : menara bagian atas ( plate 1 – 4 ) dan menara bagian bawah ( plate 5 – 23 )
Bagian atas menara T = 64,8569oC = 338,0069 K
BMM = 32,042 BMA = 18,02
D = 1749,7593 kmol/ jam V = 3499,5186 kmol/jam
XDM = 0,9894 YOM = 0,9736
XDA = 1-0,9894 = 0,0106 YOA = 1-0,9736 = 0,0264 XM =
= 15,4084 kg/s VM =
= 30,4239 kg/s
XA =
= 0,093 kg/s VA =
= 0,4709 kg/s
L = 15,5014 kg/s V = 30,8948
Bagian bawah menara T = 98,6256oC = 371,7756 K
BMM = 32,042 BMA = 18,02
D = 1729,6950 kmol/ jam V = 2012,1383 kmol/jam
1. Berdasarkan kecepatan uap maksimum Menara bagian atas
T = 338,01 K
L = 15,5014 Kg/s V = 30,7872 kg/s
Fraksi berat tiap komponen
xi BM,i xi * BM,i wi rho,i wi/rho,i
ft
Menara Bagian Bawah T = 372,55 K
L = 14,9717 kg/s
V = 17,616 kg/s
Fraksi Berat Tiap Komponen
xi BM,i xi * BM,i Wi rho,i wi/rho,i
2. Berdasarkan Kecepatan Flooding
Menara bagian Atas
= 0,12 √
= 3,1489 m/s
Uf design = 3,1489 • 0,8 = 2,5191 m s
An =
Downcomer area = 12 %
Ac =
Dc = √ √ = 3,9283 m = 12,89 ft
Menara bagian Bawah Lt = 0,762 m
Flv = √ = √ = 0,0306 K1 = 0,125 (Fig 11.27)
Kecepatan Flooding
= 0,125 √
= 3,4696 m/s
Uf design = 3,4696 • 0,8 = 2,7757 m s An =
Downcomer area = 12 %
Ac =
Dc = √ √ = 2,9844 m = 9,79 ft
Design
Menara bagian atas menggunakan :
Diameter coloum = 15 ft = 4, 572 meter
Ac = 176,625 ft2 = 16,409 m2 Menara bagian bawah menggunakan :
v v L
f K
u
= 1
Ac = 94,985 ft2 = 8,8244 m2
Menentukan jenis aliran :
*Menara bagian atas
QL max = 0,0195 m3/s
Dari fig 11.28 Coulson diperoleh flow pattern Single Pass (Cross Flow) Ad = 1,9691 m2
An = Ac-Ad= 14,4399 m2
Aa = Ac-2Ad = 12,4708 m2
Ah = 0.08Aa= 0,9977 m2
Ad/Ac = 0,12
dari fig 11.31 Coulson diperoleh lw/Dc =0.77 lw = 3.5204 meter = 11,55 ft
Diameter Menara, Dc = 15 ft Panjang Weir, lw = 11,55 ft Tinggi Weir ,hw =2 in Diamater hole, dh = 0.25 in Tebal plate = 3/16 in
Material = Carbon Steel
* Menara bagian bawah
Q max = 0,0186 m3/s
Dari fig 11.28 Coulson diperoleh flow pattern Single Pass (Cross Flow)
Ad = 1,0589 m2
An = Ac-Ad= 7,7655 m2 Aa = Ac-2Ad = 6,7065 m2 Ah = 0.08Aa= 0,5365 m2
Ad/Ac = 0,12
dari fig 11.31 Coulson diperoleh lw/Dc =0.77 lw = 2,5817 meter = 8,47 ft
Diameter Menara, Dc = 11 ft Panjang Weir, lw = 8,47 ft Tinggi Weir ,hw = 2 in Diamater hole, dh = 0.25 in Tebal plate = 3/16 in
Material = Carbon Steel Ket :
Ad = down comer area An = net flow area Aa = active area Ah = hole area
Layout Plate : Menara bagian atas :
Digunakan cartrige-type construction dengan 2 in unperforated strip around plate edge dan 2 in wide calming zones.
* Perforated Area
dari Fig 11.32, pada lw/Dc = 0.77 - teta = 98 o
- alfa = 82 o
- Panjang rata-rata unperforated edge strips =
21,3948 m - Luas unper orated edge strips, Aup = 0,00508 • 21,3948 = 0,1087 m2 - Luas calming zone , Acz = 2•0,00508•(Dc-2•0,00508) = 0,0357 m2 - Luas total tersedia untuk perforasi , Ap =Aa - (Aup+Acz) = 12,3265 m2 - Ah/Ap = 0,809
- Ip/dh = 3.0 ( Fig 11.33 ) - Hole pitch, Ip = 0.75 in
- Luas 1 lubang = 3.1653 E-05 m2
Menara bagian bawah :
Digunakan cartrige-type construction dengan 2 in unperforated strip around plate edge dan 2 in wide calming zones.
* Perforated Area
dari Fig 11.32, pada lw/Dc = 0.77 - teta = 98 o
- alfa = 82 o
- Panjang rata-rata unperforated edge strips = 15,67 m - Luas unperforated edge strips, Aup = 0,08 m2
- Luas calming zone , Acz = 0,0261 m2
- Luas total tersedia untuk perforasi , Ap = 6,6 m2 - Ah/Ap = 0,0813
- Ip/dh = 3.0 ( Fig 11.33 ) - Hole pitch, Ip = 0.75 in
- Luas 1 lubang = 3.1653 E-05 m2 - Jumlah lubang = 16950 unit Tinggi Menara :
- Diameter coloum atas = 15 ft - Diameter coloum bawah = 11 ft - Jarak dari plate teratas = 4 ft - Jarak dari plate terbawah = 5 ft - Jumlah plate = 23
- Tebal plate = 0.1875 in
- Tinggi penyangga menara = 12.5 ft
- Tinggi head +tebal head = 90,625 in - Tinggi total = 92 ft
- H/D = 6,1
Tebal dinding dan Head Menara :
Persamaan empirik yang digunakan untuk mengestimasi thickness vessel yaitu ; P C
E f
Ri
t P
=
6 .
0 ………( 52 ) ( Brownel & Young , 1959)
t = Thickness shell coloum, in
Spesifikasi Menara bagian atas ( plate 1-4 ):
Bahan konstruksi adalah Baja SA – 283 , grade D dengan f = 12650 psia
Welded joint efficiency = 0.85, specified by ASME
Tekanan operasi = 1 atm = 14.7 psia
Pada menara bagian atas, pengaruh wind load ataupun gempa akan kecil:
Untuk alasan keamanan dipakai coloum dengan thickness 5/16 in = 0.3125 in.
Spesifikasi Menara bagian bawah ( plate 5-23 ):
Bahan konstruksi adalah Baja SA – 283 , grade D dengan f = 12650 psia
Welded joint efficiency = 0.85, specified by ASME
Tekanan operasi = 1 atm = 14.7 psia
Torispherical head cukup kuat dan harganya cukup ekonomis.
Menentukan thickness head menggunakan persamaan empirik ;
C
Cs = Stress concentration factor = ÷÷
ø
Untuk mencegah terjadinya buckling maka harga Rk / Rc harus lebih besar dari 0.06 dan Rc = ID shell. Bahan kontruksi head terbuat dari bahan yang sama dengan dinding coloum yaitu Baja SA – 283 , grade C dengan f = 12650 psia.
*Menara bagian atas :
8 untuk alasan keamanan dipakai t untuk = 3/8 =0.375 in .
*Menara bagian bawah :
8
Saluran masuk
Diameter pipa yang lebar akan menyebabkan capital cost menjadi besar sedangkan bila diameter pipa yang kecil akan menyebabkan friction cost meningkat. Diameter pipa yang optimum menurut Coulson, 1983 adalah ;
- Untuk carbon steel :
Dipakai carbon steel ; G = 12,8571 Kg /s dan ( densitas feed ) sekitar 1 Kg / m3. Doptimum=282(12,8571)0.52(1)0.37 =1064.15mm=42inchi
Diameter pipa standar yang dipakai adalah = 42 in OD, dengan thickness 0.375 in ( Brownel and Young,1959).
Feed 2
Dipakai carbon steel ; G = 2.9127 Kg /s dan ( densitas feed ) sekitar 1 Kg / m3. Doptimum=282(2.9127)0.52(1)0.37 =491.68mm=20inchi
Diameter pipa standar yang dipakai adalah = 20 in OD, dengan thickness 0.375 in ( Brownel and Young,1959).
Feed 3
Dipakai carbon steel ; G = 0.1141 Kg /s dan ( densitas feed ) sekitar 850 Kg / m3. Doptimum=282(0.1141)0.52(850)0.37 =7.52mm=0.3inchi
Diameter pipa standar yang dipakai adalah 0.25 NPS = 0.364 in. ID, dengan Schedule Number = 40 ( Brownel and Young,1959)
C.29 Reboiler (RE-01)
Fungsi : Menguapkan sebagian hasil bawah dari Menara distilasi ( MD-01 ) untuk dikembalikan ke MD-01
Jenis : Kettle Reboiler Jumlah : 2 unit
Data :
Umpan dari RD-01 ( shell ) Steam jenuh
T1 = 98,6256 oC t1 = 112,7778 oC = 385,9278 K T2 = 99,308oC Tekanan = 1,5631 atm G = 61086,16568 lb/jam Latent heat : 2221,75 kJ/kg
ΔP yang diizinkan = max 5 psi
Q = 16454916,0107 Watt = 59031410,1666 kJ/jam = 55950975,4976 Btu/jam Azas Black
Q terima = Q lepas
mt x Ct x ΔTt = ms x U
16454916,0107 = ms x 2221,75
ms = 7,3805 kg/s
= 58576,3303 lb/jam
Karena tube–passes = 2 maka LMTD harus dikoreksi : 0207
Dari Fig 18 Kern, Ft; faktor koreksi mendekati harga 1
Trial Ud = 290 Btu/( jam ft2 oF )
L = 16 ft
Diameter shell diambil 2 kali dari diameter bundle
Weir lebih tinggi 5 in dari diameter bundle
Diameter bundle = 37,3747 38
Mengecek harga Rd dan Q flux maksimum
Tube side ; steam pemanas Jumlah tube passes = 2 sehingga
hr
Asumsi untuk steam menurut Kern 1950 adalah hio = 1500
oF ft jam
Btu 2
Shell side ; Vaporization process
Perpindahan panas secara konveksi pada bagian shell side berlangsung secara konveksi alamiah. Besarnya harga konveksi ini bisa dilihat pada Fig 15.11 ( Kern,1950 ).
Harga konveksi adalah sebanding dengan selisih suhu dinding dan suhu fluida dan untuk mempermudah perhitungan diambil harga 20 oF.
oF ft jam
ho=1000 Btu 2 terbaca pada grafik Fig 15.11
Ud dan Panjang tube
Rd hitungan sudah memenuhi kriteria.
Q flux
Menurut Kern , heat flux maksimum untuk water adalah 30.000 Btu/jam ft2 Harga terhitung lebih kecil dari heat flux maksimum.
Pressure drop
Shell side
Pressure drop pada shell side sangat kecil dan diabaikan.
Tube-side
g
IDtube = Diameter dalam tube, feet n = Jumlah tube pass
L = Panjang tube, feet
s = Specific gravity rata-rata antara vapor dan liquid f = Friction factor, diperoleh pada Fig 26
C.30 Blower (BL-01)
Fungsi : Menaikkan tekanan dari uap metanol hasil atas dari MD-01 Jenis : Centrifugal Blower
Jumlah : 1 unit
Jenis uap = Uap metanol dan sedikit air
Fraksi massa metanol = 99,4 %
Mass-Flow rate gas, m = 15,5012 kg/s 34,16464 lb/s
Suhu inlet, Ti = 64,856 oC
Tekanan inlet, Pi = 1 atm
Tekanan outlet, Po = 1,75 atm
Cp campuran gas = 50 J/gmol oC
R, tetapan gas ideal = 8,314 J/gmol oC
γ = = 1,2
Compression ratio (r= = 1,75
Suhu outlet = 97,8183 oC Densitas = 0,0721 lb/ft3 Volumetric-Flow rate gas = 28450,5225 ft3/menit
rpm = 3000
Efisiensi = 75 %
Brake Horse Power (hp) = 1443,85849 hp
Brake Horse Power 1500 hp
C.31 Fan (F-01)
Fungsi : Mengalirkan gas panas hasil furnace untuk dijadikan pemanas pada HE-02
Jenis : Centrifugal Exhaust Fan Jumlah : 1 unit
Titik (1), Furnace Titik (2), output fan
Suhu, oC 440 440
Suhu , K 713,15 713,15
Tekanan, atm 1 1
Velocity, m/s 0 50
Density, kg/m3 0,5468 0,5468
Mass flow-rate, kg/s 5 5,0000
Q, m3/s 9,1439 9,1439
Pressure head ,m 18908,3206 18908,3206
Velocity head,m= 0 127,5510
Friction loss by HE-02, m ( ) = 9647,1024 Pressure drop Friction loss by VP-03, m ( ) = 7203,1698 Pressure drop Head total, m = 16977,8231
Head total, ft = 5174,8405
Q, ft3/s = 322,9145
-Ws, hp (
= 103,7108
Effisiensi = 0,7 Mc.Cabe
-Ws, hp = 148,1583
Motor standard, hp = 150 Ludwig
C.32 Fan (F-02)
Fungsi : Mengalirkan udara pengering dari unit utilitas ke HE-02 dan RD-01 Jenis : Centrifugal Exhaust Fan
Jumlah : 1 unit
Suhu, oC 25 25
Suhu , K 298,15 298,15
Tekanan, atm 1 1
Velocity, m/s 0 50
Density, kg/m3 1,3079 1,3079
Mass flow-rate, kg/s 4,3960 4,3960
Q, m3/s 3,3610 3,3610
Pressure head ,m 7905,0912 7905,0912
Velocity head,m 0 127,5510
Friction loss by HE-02, m ( ) = 806,6420 Pressure drop Friction loss by RD-01, m ( ) = 1075,5226 Pressure drop Friction loss by CN-02, m ( ) = 15,9998
Friction loss by CD-02, m ( ) = 209,2662 Head total, m = 2234,9817
Head total, ft = 681,2224
Q, ft3/s = 118,6941
-Ws, hp (
= 12,0034
Effisiensi = 0,70 Mc.Cabe
-Ws, hp = 17,1477
Motor standard, hp = 20 Ludwig
C.33 Fan (FAN-03)
Fungsi : Mengalirkan produk gas ke MD-01 melalui DE-01, CN-03, dan CD-01 Jenis : Centrifugal Fan
Jumlah : 2 unit
Titik (1), Unit Utilitas Titik (2), output fan
Suhu, oC 220 220
Suhu , K 493,15 493,15
Tekanan, atm 1 1
Velocity, m/s 30 30
Density, kg/m3 0,7908 0,7908
Mass flow-rate, kg/s 9,0993 9,0993
Q, m3/s 9,0993 9,0993
Pressure head ,m 11,5071 11,5071
Velocity head,m 13075,2833 13075,2833
Friction loss by DE-01, m ( ) = 1778,9501 Friction loss by CN-03, m ( ) = 7,7298 Friction loss by CD-01, m ( ) = 61,1233 Head total, m = 1847,8032
Head total, ft = 563,2104
Q, ft3/s = 406,3697
-Ws, hp (
= 20,5416
Effisiensi = 0,70 Mc.Cabe
-Ws, hp = 29,3451
Motor standard, hp = 30 Ludwig