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

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.

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.

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.

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.

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

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.

Fractionators Reflux Drum

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

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.

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

Fractionators Reflux Drum

Fractionators Reflux Drum

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.

Liquid-liquid Separator

• Fase yang terdispersi diidentifikasi dengan faktor berikut,

𝑐=𝑄𝐿

𝑄𝐻( 𝜌𝐿𝑢𝐻

𝜌𝐻𝑢𝐿)0,3

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.

Liquid-liquid Separator

Liquid-liquid Separator

Liquid-liquid Separator

Liquid-liquid Separator

Liquid-liquid Separator

Liquid-liquid Separator

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.

Gas-liquid Separator

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

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.

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%.

Gas-liquid SeparatorLaju settling

𝑢= 𝑓 √𝑔𝑐𝐷( 𝜌𝜌𝑔−1)

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

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

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

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

mencari Kv, faktor kecepatan disain.

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

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.

Perhitungan dimensi drum kosong

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 )

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.

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.

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¿

¿

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

Perhitungan dimensi drum kosong

Perhitungan dimensi drum kosong

Perhitungan dimensi drum kosong

Perhitungan dimensi drum kosong

Question?