Top Banner
TKS 3245 Perancangan Alat Proses Kuliah 2 – Tangki Proses [Chapter 18, Couper et. al., 2012] Semester Genap 2015-2016 Kelas C Program Sarjana Teknik Kimia Universitas Riau
42

TKS 3245_Kuliah 2C

Jul 13, 2016

Download

Documents

ggg
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: TKS 3245_Kuliah 2C

TKS 3245 Perancangan Alat Proses

Kuliah 2 – Tangki Proses[Chapter 18, Couper et. al., 2012]

Semester Genap 2015-2016Kelas C Program Sarjana Teknik Kimia

Universitas Riau

Page 2: TKS 3245_Kuliah 2C

Tangki-tangki Proses

• Tangki-tangki yang digunakan dalam proses kimia bisa dibagi menjadi dua jenis.

• Tangki tanpa isi peralatan/suku cadang di dalamnya (internal) dan tangki dengan isi.

• Jenis pertama (tangki tanpa internal) disebut sebagai tangki atau drum, merupakan wadah sementara dari suatu aliran proses.

Page 3: TKS 3245_Kuliah 2C

Tangki-tangki Proses

• Ukuran tangki jenis tangki tanpa internal, ditetapkan dengan perhitungan atau dengan aturan jempol (rule of thumb) berdasarkan pengalaman.

• Tangki jenis kedua (tangki dengan internal) merupakan silider yang berisikan peralatan/suku cadang, seperti heat exchanger, mixer, reactor, fracionators dan lainnya.

Page 4: TKS 3245_Kuliah 2C

Tangki-tangki Proses• Ukuran atau dimensi tangki dengan internal ini

ditetapkan dengan perhitungan.

• Melibatkan koefisien laju reaksi, koefisien perpindahan massa, koefisien perpindahan panas atau lainnya.

Page 5: TKS 3245_Kuliah 2C

Drums• Drum untuk cairan biasanya diletakkan secara

horizontal dan separator gas-cairan diletakan vertikal.

• Refluks drum tetap diletakkan secara horizontal, walaupun berfungsi memisahkan gas dan cairan.

• Nisbah panjang terhadap diameter drum berkisar antara 2,5 – 5,0.

Page 6: TKS 3245_Kuliah 2C

Drums

• Diameter yang lebih kecil digunakan untuk drum yang bekerja dengan tekanan tinggi dan untuk settling sistem cair-cair.

P (psig) 0 - 250 251 - 500 501 +L/D 3 4 5

Tabel dimensi drum (L/D) dengan tekanannya

Page 7: TKS 3245_Kuliah 2C

Fractionators Reflux Drum

• Berfungsi untuk menampung kondensat (cairan) sekaligus memisahkan gas dengan cairan

• Dilengkapi dengan pot, untuk mengeluarkan cairan yang lebih berat, jika ada fase cairan lain.

• Dilengkapi vortex breaker, untuk mencegah uap terikut pada cairan.

Page 8: TKS 3245_Kuliah 2C

Fractionators Reflux Drum

Refluks Drum dengan pot untuk menampung dan mengeluarkan cairan dengan fase yang lebih berat.

Page 9: TKS 3245_Kuliah 2C

Fractionators Reflux Drum• Diameter pot minimum 16 inci, untuk drum

berukuran 4 – 8 ft, dan 24 inci untuk drum yang lebih besar.

• Ruang minimum untuk uap di atas cairan adalah 20% diameter drum atau 10 inci.

• Volume refluks drum dapat dihitung, jika diketahui laju alir refluks (L) dan laju total produk atas (D), disertai beberapa faktor lainnya.

Page 10: TKS 3245_Kuliah 2C

Fractionators Reflux DrumVd = 2F4 (F1 + F2)(L+ F3D) gallon

dengan,Vd = volume drumL = laju alir refluks (gpm)D = laju produk atas (gpm)F1 = faktor instrumenF2 = faktor tenaga kerjaF3 = faktor aliran produk atas ke alat selanjutnya.F4 = faktor untuk level control

Page 11: TKS 3245_Kuliah 2C

Fractionators Reflux Drum

Page 12: TKS 3245_Kuliah 2C

Fractionators Reflux Drum

Page 13: TKS 3245_Kuliah 2C

Liquid-liquid Separator

• Tangki yang digunakan untuk memisahkan campuran cairan yang tidak mampu campur.

• Diletakkan secara horizontal, dengan nisbah L/D = 3 (tiga) atau lebih.

• Agar pemisahan cairan terjadi sempurna, bilangan Reynold disarankan kurang dari 5.000. Dengan Dhuρ/μ = bilangan Reynold, Dh

diameter hidrolik dan u kecepatan linier fase kontinyu.

Page 14: TKS 3245_Kuliah 2C

Liquid-liquid Separator

• Fase yang terdispersi diidentifikasi dengan faktor berikut,

𝑐=𝑄𝐿

𝑄𝐻( 𝜌𝐿𝑢𝐻

𝜌𝐻𝑢𝐿)0,3

Page 15: TKS 3245_Kuliah 2C

Liquid-liquid Separator• Contoh 18.1 Tentukan dimensi drum (liquid-

liquid separator) untuk pemisahan minyak dan air pada kondisi berikut,– Minyak pd 180 cfh; sp gr = 0,9; viskositas =

10 cP.– Air pada 640 cfh; sp gr = 1,0; viskositas =

0,7 cP.– Diambil ukuran droplet (tetes) 150μm

(0,0005 ft), dan holdup pada tangki sebanding dengan umpannya.

Page 16: TKS 3245_Kuliah 2C

Liquid-liquid Separator

Page 17: TKS 3245_Kuliah 2C

Liquid-liquid Separator

Page 18: TKS 3245_Kuliah 2C

Liquid-liquid Separator

Page 19: TKS 3245_Kuliah 2C

Liquid-liquid Separator

Page 20: TKS 3245_Kuliah 2C

Liquid-liquid Separator

Page 21: TKS 3245_Kuliah 2C

Liquid-liquid Separator

Page 22: TKS 3245_Kuliah 2C

Gas-liquid Separator

• Droplet cairan dipisahkan dari fase gas dengan tiga metode berikut:– Settling out dengan pengaruh gravitasi– Settling out dengan gaya sentrifugal–Penyatuan dan tubrukan pada permukaan

padat dan diikuti dengan settling.

Page 23: TKS 3245_Kuliah 2C

Gas-liquid Separator

• Pemisahan gas-cairan menjalankan dua fungsi, yaitu memisahkan fase uap dari cairan, dan menyediakan kapasitas limpahannya.

Page 24: TKS 3245_Kuliah 2C

Gas-liquid Separator

Ukuran droplet• Waktu yang diperlukan untuk settling out

tergantung dari distribusi ukuran droplet dan pemisahan secara komplit.

• Ukuran droplet dari 10 μm sampai 5.000 μm, tetapi untuk spray dalam alat proses berkisar antara 10 μm sampai 20 μm.

Page 25: TKS 3245_Kuliah 2C

Gas-liquid Separator

• Entrainment pada separator gas-cairan dapat dibuang sekitar 90% dengan gravitasi, bisa mencapai 99% dengan menggunakan wire demister atau permukaan padat.

• Pada scrubber dan setrifugasi kecepatan tinggi, entrainment bisa dibuang 100%.

Page 26: TKS 3245_Kuliah 2C

Gas-liquid SeparatorLaju settling

𝑢= 𝑓 √𝑔𝑐𝐷( 𝜌𝜌𝑔−1)

dengan,u = kecepatan terminal atau maksimum settlingD = diameter dropletρ = densiti dropletρg = densiti gasf = faktor friksi

Page 27: TKS 3245_Kuliah 2C

Gas-liquid Separator

Jika aliran laminar, faktor friksi menjadi fungsi sederhana bilangan Reynold.

)

Sehingga persamaan laju settling menjadi:.

𝑢=𝑔𝑐 (𝜌−𝜌𝑔)𝐷2/18𝜇Merupakan persamaan Stoke

Page 28: TKS 3245_Kuliah 2C

Perhitungan dimensi drum kosongDrum vertikal• Langkah pertama menghitung faktor

pemisahan uap-cairan. 𝑤𝑙

𝑤𝑣=(𝜌 𝑣

𝜌𝑙)0,5

dengan,wl = laju alir cairan, lb/secwv = laju alir uap, lb/secρv, ρl = densiti uap dan cairan, lb/ft3

Page 29: TKS 3245_Kuliah 2C

Pehitungan dimensi drum kosong• Selanjutnya, gunakan Gambar 18.5b untuk

mencari Kv, faktor kecepatan disain.

Page 30: TKS 3245_Kuliah 2C

Perhitungan dimensi drum kosong• Hitung (uv)max,

(𝑢𝑣)𝑚𝑎𝑥=𝐾 𝑣 [ (𝜌 𝑙−𝜌𝑣)𝜌𝑣 ]

0,5

dalam ft /detik

• Hitung luas penampang minimum drum

𝐴𝑚𝑖𝑛=𝑄𝑣

(𝑢𝑣)𝑚𝑎𝑥dalam ft 2

• Hitung diameter drum (vessel)

𝐷𝑚𝑖𝑛=(4 𝐴𝑚𝑖𝑛𝜋)0,5dalam ft

Page 31: TKS 3245_Kuliah 2C

Perhitungan dimensi drum kosong• Hitung kecepatan maskimum dan minimum

nozel dengan persamaan empirik berikut,

(𝑢𝑚𝑎𝑥 )𝑛𝑜𝑧𝑒𝑙=100¿(𝑢𝑚𝑖𝑛)𝑛𝑜𝑧𝑒𝑙=60¿

• Kemudian sket (gambar) tangki seperti Gambar 18.7.

Page 32: TKS 3245_Kuliah 2C

Perhitungan dimensi drum kosong

Page 33: TKS 3245_Kuliah 2C

Perhitungan dimensi drum kosong• Kemudian, dari Tabel 18.1, pilih volume surge

penuh yang sesuai dalam detik, dan hitung volume tangki yang diperlukan.

𝑉=𝑄𝑙

(𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢𝑑𝑖𝑠𝑎𝑖𝑛𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘𝑚𝑒𝑛𝑔𝑖𝑠𝑖) dalam ft3

Dengan, Ql = laju alir cairan dalam ft3/detik

Hitung tinggi cairan,𝐻 𝑙=𝑉 (

4𝜋 𝐷2 )

Page 34: TKS 3245_Kuliah 2C

Perhitungan dimensi drum kosong

• Cek geometri apakah (Hl + Hv)/D berada antara 3 dan 5.

• Jika volume cairan surge lebih banyak dari tangki yang memiliki L/D < 5, maka digunakan drum horizontal.

Page 35: TKS 3245_Kuliah 2C

Perhitungan dimensi drum kosongDrum horizontal• Hitung faktor pemisahan uap-cairan dengan

persamaan (18,10)𝑤𝑙

𝑤𝑣=(𝜌 𝑣

𝜌𝑙)0,5

Pada kasus drum horizontal𝐾𝐻=1,25𝐾 𝑉

dengan, KH = faktor kecepatan uap horizontal, dan KV = faktor kecepatan uap vertikal.

Page 36: TKS 3245_Kuliah 2C

Perhitungan dimensi drum kosong

• Selanjutnya, hitung kecepatan uap maksimum,

(𝑢𝑣)𝑚𝑎𝑥=𝐾 𝐻 [ (𝜌𝑙−𝜌𝑣)𝜌 𝑣 ]

0,5

dalam ft /detik

• Hitung area aliran uap yang diperlukan,

(𝐴¿¿ 𝑣)𝑚𝑖𝑛=𝑄𝑣

(𝑢¿¿𝑣)𝑚𝑎𝑥 dalam ft2¿

¿

Page 37: TKS 3245_Kuliah 2C

Perhitungan dimensi drum kosong• Dari Tabel 18.1 pilih surge time yang sesuai

dan hitung volume cairan penuh.

(𝐴𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙)𝑚𝑖𝑛=¿

𝐷𝑚𝑖𝑛=¿¿

• Hitung panjang tangki:L = (volume cairan penuh)/(πD2/4)Jika 5 <L/D<3, hitung ulang dimensi tangki

Page 38: TKS 3245_Kuliah 2C

Perhitungan dimensi drum kosong

Page 39: TKS 3245_Kuliah 2C

Perhitungan dimensi drum kosong

Page 40: TKS 3245_Kuliah 2C

Perhitungan dimensi drum kosong

Page 41: TKS 3245_Kuliah 2C

Perhitungan dimensi drum kosong

Page 42: TKS 3245_Kuliah 2C

Question?