TUGAS PERANCANGAN ALAT PROSES PERANCANGAN TRAY MENARA DESTILASI

TUGAS PERANCANGAN ALAT PROSES

PERANCANGAN TRAY MENARA DESTILASI

PEMISAHAN FORMAMID DAN AIR

Disusun oleh :

Kelompok : Tiga (3)

Anggota Kelompok : 1. Arif Budiman 2. Elza Jamayanti

3. Naufal Alif Syarifuddin 4. Ridwan Arifudin 5. Rizky Dian Fitrianto Semester : VI (Enam)

Jurusan : Teknokimia Nuklir 2014 Dosen : Dr. Deni Swantomo, M.Eng

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIR

BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL

YOGYAKARTA

2016

Feed

Top

Bottom

PERHITUNGAN MENARA DISTILASI DENGAN SHORTCUT

Jenis : Menara sieve tray

Gambar 1. Menara Distilasi

Pada perancangan menara distilasi digunakan condenser total, dimana uap yang masuk pada kondisi dew point akan dicairkan seluruhnya pada suhu tertentu. Reboiler yang digunakan adalah reboiler parsial, dimana cairan yang masuk ke reboiler tidak semuanya diuapkan.Uap hasil reboiler dimasukkan kembali ke dalam menara dan cairan yang tidak diuapkan sebagai hasil bottom. Pada proses ini diambil air sebagai light key component dan formamid sebagai heavy key component.

Asumsi yang digunakan dalam perhitungan menara distilasi adalah : 1). Fasa cair merupakan larutan ideal

2). Fasa uap merupakan gas ideal

3). Pada setiap plate terjadi kesetimbangan fase uap-cair 4). Tidak terjadi pertukaran panas dari atau kelingkungan 5). Penurunan tekanan di tiap plate sama

6). Aliran fasa uap dan cair equimolal

Langkah-langkah yang dilakukan pada perancangan menara distilasi adalah sebagai berikut :

1. Menentukan kondisi operasi pada umpan, distilat, dan bottom. 2. Menentukan key component dan distribusi non-key component.. 3. Menentukan Refluks Minimum dan Jumlah Plate Minimum. 4. Penentuan plate umpan.

5. Melakukan perhitungan dengan metode plate to plate, yaitu perhitungan dilakukan pada setiap stage pada menara distilasi. Perhitungan dilakukan dengan menyusun neraca massa total, neraca massa komponen, neraca panas dan persamaan kesetimbangan pada setiap stage. Perhitungan dimulai dari stage paling atas (sebelum masuk kondenser) sampai stage paling bawah (reboiler), sampai diperoleh komposisi komponen sesuai dengan spesifikasi hasil yang diinginkan.

6. Perhitungan beban reboiler dan condenser.

7. Perhitungan mechanical design menara distilasi. Perhitungan ini menyangkut ukuran atau dimensi menara distilasi.

Kondisi operasi :

Feed plate : T = 103,184 °C Top plate : T = 135,321 °C Bottom plate : T = 241,379 °C

Menara distilasi bekerja pada tekanan 1,8 – 2,2 atm. Komposisi hasil distilat dan bottom adalah :

Komponen Umpan Destilat Bottom BM kg/jam kg/jam kg/jam kg/kmol Metil Formiat (HCOOCH3) 124,1945 124,1535722 0,0480424 60,053 Metanol (CH3OH) 651,7378 650,18772 1,16946 32,04 Air (H2O) 220,9596 216,471195 4,417853 18,01 Formamid (HCONH2) 898,5300 17,946 1776,51 45,02 TOTAL 1895,4219 1008,758487 1782,145355

A. Kondisi Umpan

Umpan masuk menara distilasi dalam keadaan cair jenuh sehingga kondisi operasi pada keadaan ini dapat ditentukan melalui trial suhu hingga ∑yi = 1 dengan menggunakan persamaan kesetimbangan :

yi = Ki. Xi ()

nilai Ki dapat dihitung dengan persamaan dibawah ini :

Ki = Pi/PT ()

dengan :

yi =fraksi mol komponen di fase uap xi = fraksi mol komponen di fase cair Ki = konstanta kesetimbangan

PT = tekanan total,

Pi = tekanan uap komponen

Tekanan uap (Pi) masing – masing komponen dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Antoine berikut :

𝑙𝑜𝑔𝑃𝑜= 𝐴 + 𝐵 𝑇+ 𝐶. 𝑙𝑜𝑔𝑇 + 𝐷𝑇 + 𝐸𝑇 2 ₍₎ dengan : Po = tekanan uap, mmHg T = suhu cairan, K

Nilai konstanta A, B, C, D, dan E diperoleh dari Yaws (1999). Didapat suhu umpan, Tumpan = 376,3342 K (= 103,1842 oC)

KOMPONEN kmol/jam Xi Po, mmHg Ki=Po/P y=K.xi

HCOOCH3 _{2.0682 0.0379 6255.8402 4.1157 0.1559} CH3OH _{20.3295 0.3723 2921.8591 1.9223 0.7157} H2O _{12.2648 0.2246 850.0054 0.5592 0.1256} HCONH2 _{19.9384 0.3652 11.3884 0.0075 0.0027}

TOTAL _{54.6009 1.0000 1.0000}

Hasil distilat juga dalam keadaan jenuhnya, sehingga suhu keluaran atas MD – 01 di-trial hingga Ʃxi =1 dengan menggunakan persamaan kesetimbangan (1), dengan PT = 1,8 atm. Dari perhitungan, kondisi kesetimbangan di bawah didapatkan suhu (T) pada dew point = 387,2495 K ( ≈ 114,0995 oC).

KOMPONEN kmol/jam Yi Po, mmHg Ki=Po/P x=K.yi

HCOOCH3 2.0674 0.0598 7988.8696 5.8398 0.0102 CH3OH 20.2930 0.5869 4049.7630 2.9604 0.1982 H2O 12.0195 0.3476 1229.9921 0.8991 0.3866 HCONH2 0.1994 0.0058 19.4886 0.0142 0.4047

TOTAL 34.5793 1.0000 0.9998

C. Kondisi Operasi Bawah (Bottom)

Kondisi pada bottom berupa cair jenuh (bubble point), sehingga dilakukan trial suhu hingga Ʃyi = 1 dengan menggunakan persamaan kesetimbangan (1), dengan PT = 2,2 atm. Dari perhitungan, didapatkan suhu (T) pada bubble point = 514,5796 K (=241,4296 oC).

KOMPONEN kmol/jam xi Po, mmHg Ki=Po/P y=K.xi

HCOOCH3 0.0008 4E-05 62435.7172 37.3419 0.0015 CH3OH 0.0365 0.0018 62917.7591 37.6302 0.0685 H2O 0.2453 0.0123 25709.6872 15.3766 0.1884 HCONH2 19.7390 0.9859 1257.4821 0.7521 0.7415

TOTAL 20.0216 1,0000 0.9999

D. Penentuan Key Component

Pemilihan key component didasarkan pada zat yang kita ingin pisahkan dan volatilitas relatifnya. Volatilitas relatif, , tiap komponen dihitung dengan persamaan :

HK i i P P , 0 , 0   ()

dengan subskrip HK mengacu pada heavy key.

2 4

avg d f b

     ()

dengan,

αavg : volatilitas rata –rata αd : volatilitas di distilat αf : volatilitas di umpan (feed) αb : volatilitas di bottom

sehingga diperoleh dapat volatilitas sebagai berikut :

Dalam perancangan MD-01 ini key component yang dipilih adalah sebagai berikut: Light key component = Air

Heavy key component = Formamid

E. Menentukan Refluks Minimum dan Jumlah Plate Minimum

Besarnya refluks minimum dapat dihitung dengan persamaan Fenske :

()

sedangkan nilai  dapat ditentukan dengan persamaan :

()

dengan :

Rmin = refluks minimum

q = rasio panas untuk menguapkan umpanterhadap panas laten penguapan umpan

XD = fraksi mol fase cair di distilat ZF = fraksi mol fase cair di umpan



   min 1 . R X i iD i   



   q Z i iF i 1 .    Komponen α,f α,d α,b αavg HCOOCH3 70.3261 409.9261 49.6514 100.1653 CH3OH 61.6664 207.8021 50.0347 79.2966 H2O 24.0472 63.1135 20.4454 29.3908 HCONH2 1.0000 1,0000 1,0000 1,0000

Apabila umpan menara distilasi pada keadaan cair jenuh dengan q = 1. Dari hasil perhitungan diperoleh:

θ = 30.8050 Rmin = 0.6189

Sedangkan untuk jumlah plate minimum dapat dihitung dengan persamaan Underwood: log log LK HK HK _d LK _b m LK x x x x N               () Dengan,

Nm = jumlah plate minimum

[𝑋𝐿𝐾 𝑋𝐻𝐾]_𝑑 = 60.2832 [𝑋𝐻𝐾 𝑋𝐿𝐾]_𝑏= 80.4702 𝛼_{𝐿𝐾,𝑎𝑣𝑔} = 29.0644 Sehingga, 𝑁_𝑚 = 2.5187

F. Perhitungan distribusi non-Key component

Distribusi dari non-key component didapatkan dengan menggunakan persamaan:

Nm nk nk lk lk d d b b       _          _{  }  () dengan d_i b_i f_i

Distribusi komponen yang didapatkan adalah :

Komponen Umpan, kmol/jam xi Distilat, kmol/jam xiD Bottom, kmol/jam xiB HCOOCH3 2.0682 0.0379 2.0674 0.0598 0.0008 0,0000 CH3OH 20.3295 0.3723 20.2930 0.5869 0.0365 0.0018 H2O 12.2648 0.2246 12.0195 0.3476 0.2453 0.0123 HCONH2 19.9384 0.3652 0.1994 0.0058 19.7390 0.9859

Total 54.6009 1,0000 34.5793 1,0000 20.0216 1,0000

G. Perhitungan Reflux dan Jumlah Stage Ideal

Hubungan antara jumlah plate minimum (Nm) dan reflux ratio minimum (Rm) ditentukan dengan persamaan:

𝑅𝑜𝑝 = 1.3 𝑥 𝑅𝑚 ()

Untuk mencari jumlah plate actual (N) digunakan grafik 11.11 Coulson.

Sebelumnya dibutuhkan data berupa ( 𝑅𝑜𝑝

𝑅𝑜𝑝+1) dan (

𝑅𝑚

𝑅𝑚+1) untuk dimasukkan ke dalam

grafik sehingga diperoleh nilai 𝑁𝑚

𝑅_𝑜𝑝 = 0.8046 ( 𝑅𝑜𝑝

𝑅𝑜𝑝+1) = 0.4459

( 𝑅𝑚

𝑅𝑚+1) = 0.3823

Dari grafik 11.11 Coulson diperoleh:

𝑁𝑚

𝑁 = 0.5

sehingga, nilai N sebesar = 5,0375

H. Perhitungan Efisiensi

Efisiensi kesuluruhan dari menara distilasi dihitung menggunakan persamaan O’ Connell (Coulson and Richardson, 1983).

51 32.5log( )

o a a

E     ()

dengan:

E0 : efisiensi overall (%)

μavg : viskositas pada suhu rata-rata (cp)

αavg : volatilitas relatif light-key component pada suhu rata-rata

Data dan rumus untuk menentukan viskositas dari masing –masing komponen antara lain: 2 log A B C T. D T. T     () KOMPONEN A B C D HCOOCH3 -8,0637 1,01×103 2,09×10-2 -2,30×10-5 CH3OH -9,0562 1,25×103 2,24×10-2 -2,35×10-5 H2O -10,2158 1,79×103 1,77×10-2 -1,26×10-5 HCONH2 -10,3646 1,97×103 1,82×10-2 -1,26×10-5

T dalam K dan μ dalam mNs/m2

Suhu yang digunakan adalah suhu rata – rata antara suhu distilat dan suhu bottom:

𝑇 = 𝑇𝑑𝑖𝑠𝑡𝑖𝑙𝑎𝑡 + 𝑇𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚

2 =

387.2495 + 514.5796

Data relative volatility untuk masing – masng komponen pada suhu 294,0271 K adalah sebagai berikut:

KOMPONEN μ, mNs/m2 HCOOCH3 0.0839 CH3OH 0.1092 H2O 0.1490 HCONH2 0.4457 Diperoleh: μavg = 0.1970 cp αavg = 29.0644 E0 = 26.3729 % 𝐸₀ = 𝑁𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝑁𝑎𝑘𝑡𝑎𝑙 () 𝑁_{𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙} = 𝑁𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙− 1 𝐸₀ = 15.3092 ≈ 16 𝑠𝑡𝑎𝑔𝑒𝑠

I. Penentuan Letak Feed Plate

Penentuan letak plate umpan ditentukan menggunakan persamaan Kirkbride (1994) sebagai berikut:

()

dengan :

Nr = jumlah plate di atas feed plate Ns = jumlah plate di bawah feed plate Perhitungan dijabarkan sebagai berikut:  B = 20.0216 D = 34.5793 B/D = 0.5790  Xf,HK = 0.3652                                      2 , , , , log 206 , 0 log HK d LK b LK f HK f s r x x x x D B N N

Xf,LK = 0.2246 (Xf,HK/ Xf,LK) = 1.6257  Xb,LK = 0.0123 Xb,HK = 0.9859 (Xb,LK/Xb,HK)2 = 0.000154429 Sehingga, Log(Nr/Ns) = -0.7905 Nr/Ns = 0.1620 Nr + Ns = 16 Nr = 2.2304 Ns = 13.7696

MECHANICAL DESIGN

DATA NERACA MASSA

Komponen Umpan Destilat Bottom BM kg/jam kg/jam kg/jam kg/kmol Metil Formiat (HCOOCH3) 124,1945 124,1535722 0,0480424 60,053 Metanol (CH3OH) 651,7378 650,18772 1,16946 32,04 Air (H2O) 220,9596 216,471195 4,417853 18,01 Formamid (HCONH2) 898,5300 17,946 1776,51 45,02 TOTAL 1895,4219 1008,758487 1782,145355

Komponen Umpan Destilat Bottom BM Kmol/jam kmol/jam kmol/jam kg/kmol Metil Formiat (HCOOCH3) 2,0681 2,0674 0,0008 60,053 Metanol (CH3OH) 20,3414 20,2930 0,0365 32,04 Air (H2O) 12,2687 12,0195 0,2453 18,01 Formamid (HCONH2) 9,9837 0,1994 19,7390 45,02 TOTAL 44,6618 34,5793 20,0216 1. Pemilihan Tray

Jenis tray yang dipilih adalah sieve tray dengan pertimbangan harga dan pressure drop tiap plate paling rendah dibandingkan dengan bubble captray atau valve tray. Jenis ini juga dapat dioperasikan untuk kapasitas yang cukup besar.

2. Perhitungan Column Diameter

Flowrate: Distilat (D) = 1008,758487 kg/jam Bottom (B) = 1782,145355 kg/jam Physical Properties: Top product : Density liquid (ρL) = 789.7772 kg/m3

Density vapor (ρV) = 1.6379 kg/m3 Surface tension(σ) = 2,73749E-06 N/m

Bottom product :

Density liquid (ρL) = 854.6881 kg/m3 Density vapor (ρV) = 2.0360 kg/m3 Surface tension (σ) = 2,6775E-06 N/m

Diameter suatu menara sangat ditentukan oleh kecepatan uapnya, sedangkan kecepatan uap ini sangat dibatasi oleh terjadinya flooding. Maka pada perancangan diameter kolom harus diperkirakan kecepatan flooding, sehingga digunakan persamaan pandekatan yang diajukan oleh Fair, 1961.

(Coulson, 1983)

dengan :

Uf = flooding vapor velocity, m/s

K1 = konstanta, tergantung pada FLV dan plate spacing (Coulson, 1983) FLV = liquid–vapor flow factor

LW = liquid mass flow rate, kg/s VW = vapor mass flow rate, kg/s

 Menghitung Flooding Velocity (FLV)  Top Lw = R × D Lw = 0,8046 × 1008,758487 kg jam × 1 jam 3600 s Lw = 0,2254 kg/s Vw = ( R × D ) + D V V L f K U      ₁. L V W W LV V L F   . 

Vw = 0,2254kg s + (1008,758487 kg jam × 1 jam 3600 s) Vw = 0,5056 kg/s FLV = 0,2254 kg/s 0,5056 kg/s × √ 1,6379 kg/m3 789,7772 kg/m3 FLV = 0,0203  Bottom Vw = R × B Vw = 0,8046 × 1782,145355 kg jam × 1 jam 3600 s Vw = 0,3983 kg/s Lw = (R × B) + B Lw = 0,3983kg s + (1782,145355 kg jam × 1 jam 3600 s ) Lw = 0,8934 kg/s FLV = 0,8934 kg/s 0,3983 kg/s × √ 2,0380 kg/m3 854,6881 kg/m3 FLV = 0,1094 Hasil perhitungan : FLV bottom = 0,0203 FLV top = 0,1094 tray spacing = 0,5 m

dari fig.11.27 (Coulson and Richardson, 1983), didapatkan:

Berdasarkan grafik diatas didapatkan data sebagai berikut : K1 top = 0,110

K1 bottom = 0,090

Koreksi untuk surface tension, mengalikan K1 dengan

Koreksi K1 top = [2,73749 × 10−6 N/m 0,02 ] 0,2 = 0,0185 N/m Koreksi K1 bottom = [2,6775 × 10−6 N/m 0,02 ] 0,2 = 0,0151 N/m Koreksi K1top = 0,0185 Koreksi K1bottom = 0,0151

 Menghitung Kecepatan Uap Flooding (Uf)

Uf top = 0,0185 N m × √ 789.7772kg m3− 1.6379 kg m3 1.6379kg m3 = 0,4072 m/s 2 , 0 02 , 0 _     

U_f bottom = 0,0151N m × √ 854,6881kg m3− 2,0360 kg m3 2,0360kg m3 = 0,3094 m/s Uf top = 0,4072 m/s Uf bottom = 0,3094 m/s

Digunakan % flooding sebesar 80 % : UV top = 0,3257 m/s UV bottom = 0,2475 m/s

 Menghitung Luas Area Kolom (Ac)

Maximum volumetric flowrate:

Q_V top = 0,5056 kg/s 1.6379 kg/m3= 0,3087 m 3 s ⁄ Q_V bottom = 0,3983 kg/s 2.0360 kg/m3= 0,1956 m 3 s ⁄

Net area required :

An : Luas Area Net Qv : Laju Volumetrik Uap

An top = 0,3087 m3⁄_s 0,3257 m/s = 0,9477 m 2 A_n bottom = 0,1956 m 3 s ⁄ 0,2475 m/s = 0,7902 m 2 An top = 0,9477 m2 An bottom = 0,7902 m2

Downcomer area diambil sebesar 12 % dari luas total, maka : Column area : ACtop = 1,0769 m2 ACbottom = 0,8980 m2 f V flooding xU U % . V i V V Q   V V n U Q A  88 , 0 n C A A 

Column Diameter :

Dc top = 1,1712 m Dc bottom = 1,0695 m

Diambil diameter menara = Dc top = 1,1712 m, sehingga untuk perhitungan selanjutnya dipakai karakteristik dari aliran top.

3. Penentuan Diameter Kolom Berdasarkan Kecepatan Uap Maksimum

 Bagian Atas (Top)

Kecepatan Uap Maksimum :

U_V= (−0,171 ts2+ 0,27 ts − 0,047) × (ρL− ρv ρv ) 0,5 U_V= (−0,171 (0,6 m)2_{+ 0,27 (0,6 m) − 0,047) × (}789,7772 kg/m3− 1,6379 kg/m3 1,6379 kg/m3 )0,5 Uv = 1,1722 m/s Diameter Menara : D_c = ( 4 Vw π ρv Uv) 0,5 Dc = ( 4 × 0,5056 kg/s 3,14 × 1,6379kg m3× 1,1722 m s ) 0,5 D_c = 0,5792 m

 Bagian Bawah (Bottom)

Kecepatan Uap Maksimum :

U_V= (−0,171 ts2_{+ 0,27 ts − 0,047) × (}ρL− ρv ρv ) 0,5 U_V= (−0,171 (0,6 m)2+ 0,27 (0,6 m) − 0,047) × ( 854,6881 kg/m3− 2,0360 kg/m3 2,0360 kg/m3 ) 0,5 Uv = 1,0936 m/s Diameter Menara : D_c = ( 4 Vw π ρv Uv) 0,5 D_c = ( 4 × 0,3983 kg/s 3,14 × 2,0360 kg m3× 1,0936 m s ) 0,5  C C xA D  4

D_c = 0,4774 m

4. Penentuan Jenis Aliran

Bagian Enriching (Top)

Q_max = Lw ρL Qmax = 0,2254 kg/s 789,7772 kg/m3 = 0,0002855 m3 s

Bagian Stripping (Bottom)

Q_max = Lw ρL Q_max = 0,8934 kg/s 854,6881 kg/m3 = 0,0010452 m3 s

Berdasarkan data-data sebagai berikut dapat dipilih jenis aliran yang tepat.

Liquid flow rate = 0,0010452 m3

s

Dari fig 11.28 ( Coulson,1983 ) diperoleh jenis aliran adalah single pass.

5. Perhitungan Lay Out Sieve Tray

 Bagian Atas (Top)

A_d= 0,12 × Ac = 0,12 × 1,0769 m2 = 0,1292 m2 A_a= A_c− 2A_d = 1,0769 m2_{− (2 × 0,1292 m}2₎ = 0,8184 m2 A_h= 0,1 A_a = 0,1 × 1,0769 m2 = 0,08184 m2

Menentukan panjang weir (lw)

Penentuan panjang weir menggunakan grafik sebagai berikut :

Dc = 1,1712 m

Ad

Ac × 100% =

0,1292 m2

Ad

Ac × 100% = 12 %

Dengan menggunakan data tersebut dapat diperoleh lw/Dc = 0,78

lw

Dc= 0,78

lw = Dc × 0,78

lw = 1,1712 m × 0,78

lw = 0,8343 m

Berdasarkan perhitungan diameter kolom (menggunakan perhitungan bagian atas) dan asumsi-asumsi yang digunakan diperoleh data:

Column diameter Dc = 1,1712 m

Column area Ac = 1,0769 m2

Downcomer area (0,12 ×Ac) Ad = 0,1292 m2

Net area An= 0,9477 m2 _m2

Active area Aa = 0,8184 m2

Hole area (0,1 Aa) Ah = 0,08184 m2 Weir length (Fig. 11.31) lw = 0,78×Dc = 0,8343 m

Weir height (asumsi) hw = 50 mm

Diameter hole dh = 5 mm

Tebal plate tp = 5 m

6. Cek Weeping

Batasan operasi terendah yang terjadi ketika kebocoran cairan yang melalui lubang plat berlebih disebut weep point. Kecepatan uap pada titik weep adalah nilai minimum untuk operasi yang stabil. Hole area harus dipilih sedemikian rupa sehingga pada laju operasi terendah kecepatan aliran uap masih baik di atas weep point.

Perhitungan berikut dilakukan dengan data bagian atas (Top).

Hw = 50 mm

Turn Down Ratio (TDR) = 80%

Lw max = 0,2255 kg/s

Lw min = 0,1804 kg/s

Ketinggian cairan diatas puncak weir dihitung dengan persamaan berikut : ℎ_𝑜𝑤 = [ 𝐿𝑤 𝜌𝐿 𝑙𝑤] 2 3 ⁄

Maksimum how = 3,4809 mm liquid

Minimum how = 2,9998 mm liquid Pada minimum rate (hw + how) = 52,9997 mm liquid

Dari fig. 11.30 (Coulson and Richardson,1983)

Gambar. Fig.11.30 (Coulson and Richardson, 1983)

Berdasarkan grafik didapatkan :

K2 = 30,2 Diameter hole = 5 mm uh =[K2− 0,9(25,4−dh)] ρv0,5 uh =[30,2 − 0,9(25,4−5)] 1,63790,5 uh = 25,327 m/s

7. Kecepatan Uap Aktual

Vh =Laju alir uap minimum

Vh =0,9378

0,082

Vh = 11,458 m/s Vh < Uh, maka weeping tidak terjadi

Diperoleh bahwa uh > vh, maka tidak terjadi weeping dengan turn-down ratio 80%.

8. Plate Pressure Drop

 Dry Plate Pressure Drop

Kecepatan uap maximum melalui hole Uh max :

Uh max = Uv max Ah Uh max = 1,1723

0,082 Uh max = 14,323 m/s

Menggunakan fig 11.34 (Coulson,1983) untuk menentukan harga Co.

Tebal plate

diameter hole = 1 dan Ah

Aa= 0,1 ,

hd = 51 x (Uh max Co ) 2 ρv ρL hd = 51 x (14,323 m/s 0,84 ) 2 1,6379 kg/m3 789,772 kg/m3 hd = 30,749 mm cairan  Residual Head (hr) Residual Head (h_r) =0,0125 ρ_L Residual Head (h_r) = 0,0125 789,772 Residual Head (h_r) = 15,827 mm

 Total Pressure Drop

htot = hd + hw + how + hr = 30,749 mm + 53,162 mm + 15,827 mm = 99,7385 mm liquid ∆P = 9,81 x 10−3 x ht x ρ_L ∆P = 9,81 x 10−3 x 99,7385 x 789,772 ∆P = 6,182 mmHg

9. Downcomer Pressure Loss

Gambar. Downcomer back-up

Keterangan :

hb = Downcomer back up, diukur dari permukaan plate

hap = tinggi celah dinding Downcomer dengan permukaan plate hw = tinggi weir

how = tinggi cairan diatas weir Downcomer pressure loss menara bagian atas : Diambil hap = hw – 5

hap = 50 mm – 5 mm hap = 45 mm = 0,045 m

hap adalah ketinggian tepi bawah pinggir diatas plare, biasanya 5-10 mm di bawah ketinggian outlet weir.

Aap = hap x lw

= 0,045 m x 0,834 m = 0,038 m2

Tahanan utama cairan untuk mengalir akan disebabkan oleh desakan pada downcomer outlet dan head loss dalam downcomer dapat diperkirakan menggunakan persamaan Cicalese (1947) : hdc = 166 x ( Lw ρL x Aap) 2 hdc = 166 x ( 0,225 kg/s 789,7772kg m3 x 0,038 m 2) 2 hdc = 0,0096 mm

hdc = head loss pada downcomer (mm) Lw = laju alir cairan dalam downcomer (kg/s)

Am = downcomer area Ad, atau clearance area under the downcomer (Ap), m2

Back up pada Downcomer :

hb = ( hw + how ) + htot + hdc

= 53,1619 mm + 99,7385 mm + 0,0096 mm = 152,91 mm = 0,15291 m

Cek hb < 0,5 x ( plate spacing + weir height ) < 0,325 ( memenuhi syarat )

Sehingga tray spacing 0,5 m dapat diterima.

Downcomer pressure loss menara bagian bawah : Diambil hap = hw – 5 hap = 50 mm – 5 mm hap = 45 mm = 0,045 m Aap = hap x lw = 0,045 m x 0,834 m = 0,038 m2 hdc = 166 x ( Lw ρL x Aap) 2 hdc = 166 x ( 0,8933 kg/s 853,6881kg m3 x 0,038 m 2) 2 hdc = 0,1287 mm

Back up pada Downcomer :

hb = ( hw + how ) + htot + hdc

= 53,1619 mm + 99,7385 mm + 0,1287 mm = 153,029 mm = 0,153 m

Cek hb < 0,6 x ( plate spacing + weir height ) < 0,325 ( memenuhi syarat )

Sehingga tray spacing 0,6 m dapat diterima.

10.Pengecekan Residence Time

Residence time yang cukup dalam downcomer harus dipenuhi untuk naiknya melepas dari aliran cairan, untuk mencegah cairan teraerasi yang terbawa di bawah downcomer. Direkomendasikan paling kecil 3 detik.

Menara Bagian Atas

- Ad = 0,1292 m2 - hb = 0,1529 m - L = 789,7772 kg/m3 - Lw = 0,225 kg/s t_r = Ad hb ρL L_w t_r = 0,1292 m 2 _{x 0,1529 m x 789,7772 kg/m}3 0,225 kg/s

t_r = 69,223 s

Menara Bagian Bawah

- Ad = 0,1292 m2 - hb = 0,1529 m - L = 854,6881 kg/m3 - Lw = 0,8933 kg/s tr = A_d h_b ρ_L Lw t_r = 0,1292 m 2 _{x 0,1529 m x 854,6881 kg/m}3 0,8933 kg/s tr = 18,906 s 11.Pengecekan Entrainment Menara Bagian Atas

Actual percentage flooding design: - Vw = 0,5057 kg/s - v = 1,6379 kg/m3 - Ac = 1,077 m2 - Uf = 0,4073 m/s - FLV = 0,02 m/s uv = V_w (ρ_v x A_c) u_v = 0,5057 kg/s (1,6379 kg/m3 _{x 1,077 m}2₎ u_v = 0,2867 m/s % flooding =uv u_f % flooding =0,2178 m/s 0,4073 m/s % flooding = 70,4

Menara Bagian Bawah

Actual percentage flooding design: - Vw = 0,3983 kg/s - v = 2,036 kg/m3 - Ac = 0,898 m2 - Uf = 0,3094 m/s - FLV = 0,1095 m/s uv = V_w (ρ_v x A_c) u_v = 0,3983 kg/s (2,036 kg/m3 _{x 0,898 m}2₎ uv = 0,2178 m/s % flooding =uv u_f

% flooding =0,2178 m/s 0,3094 m/s % flooding = 70,4

Dari fig 11.29 (Coulson, 1983) diperoleh = 0.018 < 0,1 jadi memenuhi persyaratan.

12.Tray Layout

Luas Area Perforasi

Area perforasi yang tersedia akan turun oleh halangan atau gangguan yang disebabkan oleh perubahan struktur (support ring dan beam), dan oleh penggunaan calming zone yaitu potongan plat nonperforasi pada sisi inlet dan outlet plat. Lebar masing-masing zona biasanya dibuat sama; nilai yang direkomendasikan : u diameter < 1,5 m -> 75 mm; diatas 1,5 m -> 100mm. Lebar support ring harus tidak panjang sampai downcomer area. Luas area unperforasi dapat dihitung dari geometri plat. Hubungan antara panjang garis weir, tinggi garis dan sudut diberikan dengan fig. 11.32.

- lw/Dc = 0,78

- c = 105o

- α = 180o – 105o = 75o - Lh/Dc = 0,12

Tray Lay Out

Layout plat digunakan cartridge type construction, dengan unperforated strip around plat edge 50 mm dan lebar calming zone 50 mm

Perforated Area

Panjang rata − rata unperforated edge strip = (0,5792 m − 0,05 m)π x 75 180 Panjang rata − rata unperforated edge strip = 0,6923 m

Luas unperforated edge strip (Aup) = 0,05 m x 0,6923 m Luas unperforated edge strip (Aup) = 0,035 m2

Luas calming zone (Acz) = 2x0,05 m x (0,8343 m − 2x0,05 m) Luas calming zone (𝐴𝑐𝑧) = 0,073 𝑚2

𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑡𝑒𝑟𝑠𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑢 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 (𝐴𝑝) = 𝐴𝑎 − (𝐴𝑢𝑝 + 𝐴𝑐𝑧) 𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑡𝑒𝑟𝑠𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑢 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 (𝐴𝑝)

= 0,8184 𝑚2− (0,035 m2+ 0,073 m2) Luas total tersedia u perforated (Ap) = 0,7104 m2

13.Hole Pitch

Hole pitch (jarak antar pusat lubang) lp, harus tidak kurang dari 2 x diameter lubang dan range normal 2,5 – 4,0 kali diameter lubang. Dengan range ini, pitch dapat dipilih untuk memberikan jumlah lubang aktif yang diperlukan untuk luas lubang tertentu. Dari bentuk square dan equilateral triangular yang digunakan, triangular lebih dipilih.

- Ah = 0,0818 m2 - Ap = 0,7104 m2

Ah/Ap = 0,0818 m2/0,7104 m2 Ah/Ap = 0,115

- Lp/dh = 2,8 - dh = 5 mm Hole pitch = (lp dh) x dh Hole pitch = (2,8)x 0,005 m Hole pitch = 0,014 m Luas 1 hole =1 4 x 3,14 x (0,014 m) 2 Luas 1 hole = 0,00015 m2

Jumlah hole = Ah luas 1 hole Jumlah hole = 0,0818 m

2

0,00015 m2