1. Desain
Tangki pada Alat
Di sini, langkah awal
dalam perancangan alat adalah menentukan masing – masing dari tangki air,
tangki tetes, tangki CSTR serta tangki distilat. Ini dimaksudkan agar ukuran
dari masing – masing tangki sesuai dengan bahan yang akan digunakan dan dapat
menghasilkan produk seperti yang dikehendaki
·
Feed masuk distilasi 101000
kg/jam dengan konsentrasi 15%
·
Perbandingan antara air :
tetes = 4:1 yang masuk ke tangki fermentor CSTR.
·
Hasil reaksi dalam CSTR
adalah etanol 15% yang selanjutnya masuk ke proses distilasi. Konversi tetes
encer menjadi etanol 15% sebesar 80%.
·
Pada proses distilasi distilat
yang di hasilkan sebesar 95% etanol dan residu 2% etanol
Dari
flow sheet di atas, diketahui beberapa data seperti :
·
ρ air = 0,989 kg/L
·
ρ tetes = 1,05 kg/L
·
ρ tetes encer = 1 kg/L
·
ρ etanol 95% = 0,796 kg/L
·
ρ etanol 80% = 0,798
kg/L
·
ρ etanol 15% = 0,97
kg/L
·
ρ etanol 2% = 0,980
kg/L
·
perbandingan antara air
: tetes = 4 : 1
·
waktu tinggal = 48 jam
·
basis = 101000 kg/jam
operasi
Dari data di
atas, akan dilakukan perhitungan pada masing – masing tangkinya untuk
mengetahui massa dan volume pada masing – masing tangkinya. Selanjutnya, akan diketahui juga ukuran diameter pada
tangkinya. Sehingga dengan demikian rancangan dapat diaplikasikan.
a.
Pada
tangki air
Basis = 101000 kg/jam feed
Massa air = 4/5 x basis feed
= 4/5 x 101000 kg/jam feed
= 67333,33 kg/jam
Volume
air masuk tangki CSTR = massa : ρ air
= 67333,33 kg/jam : 0,989 kg/L
=
68082,24 L
=
17973,71 gal
b.
Pada
tangki tetes
Basis = 101000 kg / jam feed
Massa tetes = 1/5 x basis feed
= 1/5 x 101000 kg/jam feed
= 20200 kg/jam
Volume
tetes masuk CSTR = massa : ρ tetes
= 20200
kg/jam : 1,05 kg/L
=
19238,09524 L
= 5078,857
gal
c.
Pada
tangki CSTR
Massa
total = 101000 kg/jam
Massa etanol = 15% x 80% x massa
total
=
0,15 x 0,8 x 101000 kg/jam
=
12120 kg/jam
Volume etanol masuk tangki CSTR =
massa : ρ etanol 15%
= 12120 kg/jam : 0,97 kg/L
= 2494,85 L
= 3298,639 gal
Volume total pada tangki CSTR
= 17973,71 gaL + 5078,857 gal + 3298,639 gal
= 26351,21 gal
Karena adanya pengaruh waktu
tinggal pada tangki CSTR, maka :
Volume total pada tangki CSTR
= Volume total x waktu tinggal
= 26351,21 gal x 48 jam
= 1264858 gal
d.
Pada
tangki distilasi
Massa etanol = 0,8 x 101000 kg/jam
= 80800 kg/jam
Volume
pada tangki distilasi = massa : ρ campuran
= 80800 kg : 1,776
kg/L
= 45495,4954 L
= 12010,81078 gal
Neraca
massa total pada tangki distilat
Feed = Distilat + Residu
F
= D + W
80800 = D + W
D = F - W
D = 80800 – W
Neraca massa komponen
F Xf
= D Xd + W Xw
80800
(0,1) = (80800 – W) 0,95 + W (0,02)
8080 = 76760 – 0,95 W + 0,02 W
8080 = 76760 – 0,93 W
0,93 W = 76760 – 8080
0,93 W = 68680
W = 73849,46237 kg
D = F – W
D = 80800 - 73849,46237
D = 6950,538 kg
Volume
distilat = massa distilat : ρ etanol 95%
= 6950,538 kg : 0,796 kg/L
= 8731,831193 L
= 2305,203435 gal
Dari
neraca – neraca di atas dapat diketahui bahwa :
Pada tangki CSTR terjadi reaksi
antara air dengan tetes. Dari reaksi dalam CSTR adalah etanol 15% dari konversi tetes
encer menjadi etanol 15% sebesar 80%. Dalam tangki CSTR juga dipengaruhi adanya
waktu tinggal selama 48 jam. Untuk yeast, diasumsikan 0 karena pada tangki
CSTR, yeast tersebut bereaksi semua.
Selanjutnya
adalah penentuan nilai diameter dari masing – masing tangki tersebut. Dalam
penentuan diameter tersebut, digunakan persamaan L/D = 1,5. Hal ini dikarenakan
tangki yang digunakan adalah tangki
tegak. L dan D dapat ditentukan dari solver, yang sebelumnya dibuat hubungan
grafik hubungan antara grafik gal/inc dengan diameter yang
datanya sudah ada di buku Applied Chemical Process Design hal 269 table 16.1.
Berikut datanya dan grafiknya:
Diameter(tabel) inc
|
Vol/Tinggi(tabel)
Gal/inc
|
15
|
0,765
|
15,5
|
0,817
|
16
|
0,871
|
16,5
|
0,926
|
17
|
0,983
|
17,5
|
1,041
|
18
|
1,102
|
18,5
|
1,164
|
19
|
1,227
|
19,5
|
1,293
|
20
|
1,36
|
20,5
|
1,429
|
21
|
1,499
|
21,5
|
1,572
|
22
|
1,646
|
22,5
|
1,721
|
23
|
1,799
|
23,5
|
1,878
|
24
|
1,958
|
24,5
|
2,041
|
25
|
2,125
|
25,5
|
2,211
|
26
|
2,299
|
26,5
|
2,388
|
27
|
2,479
|
27,5
|
2,571
|
28
|
2,666
|
28,5
|
2,762
|
29
|
2,86
|
29,5
|
2,96
|
30
|
3,06
|
31
|
3,268
|
32
|
3,482
|
33
|
3,703
|
34
|
3,931
|
35
|
4,165
|
36
|
4,407
|
37
|
4,655
|
38
|
4,91
|
39
|
5,17
|
40
|
5,44
|
41
|
5,72
|
42
|
6
|
43
|
6,29
|
44
|
6,58
|
45
|
6,89
|
46
|
7,2
|
47
|
7,51
|
48
|
7,83
|
49
|
8,16
|
50
|
8,5
|
51
|
8,84
|
52
|
9,19
|
53
|
9,55
|
54
|
9,92
|
55
|
10,29
|
56
|
10,66
|
57
|
11,05
|
58
|
11,44
|
59
|
11,84
|
60
|
12,24
|
62
|
13,07
|
64
|
13,93
|
66
|
14,81
|
68
|
15,72
|
70
|
16,66
|
72
|
17,63
|
74
|
18,62
|
76
|
19,64
|
78
|
20,69
|
80
|
21,76
|
82
|
22,86
|
84
|
23,99
|
86
|
25,15
|
88
|
26,33
|
90
|
27,54
|
92
|
28,78
|
94
|
30,03
|
96
|
31,34
|
98
|
32,66
|
100
|
34
|
102
|
35,38
|
104
|
36,78
|
106
|
38,2
|
108
|
39,66
|
110
|
41,14
|
112
|
42,65
|
114
|
44,19
|
116
|
45,75
|
118
|
47,34
|
120
|
48,96
|
122
|
50,6
|
124
|
52,3
|
126
|
54
|
128
|
55,7
|
130
|
57,5
|
132
|
59,2
|
134
|
61,1
|
136
|
62,9
|
138
|
64,8
|
140
|
66,6
|
142
|
68,6
|
144
|
70,5
|
146
|
72,5
|
148
|
74,5
|
Sehingga didapat diameter dan tinggi
dari masing – masing tangki :
tangki
|
D (m)
|
t (m)
|
D (mm)
|
t (mm)
|
air
|
38,67
|
57,99838
|
38670
|
57998,38
|
tetes
|
25,4
|
37,98612
|
25400
|
37986,12
|
cstr
|
159,65
|
239,4585
|
159650
|
239458,5
|
distilat
|
19,5
|
29,25273
|
19500
|
29252,73
|
distilasi
|
36,702761
|
43,02306
|
36702,76
|
43023,06
|
1. Penentuan
Jumlah Tray
·
Menentukan tray dengan
metode short cut
Data
didapat dari Perry
etanol
|
air
|
|
A
|
7,5867
|
8,07131
|
B
|
1281,59
|
1730,63
|
C
|
193,768
|
233,426
|
Neraca Massa
komponen
|
distilat (kg)
|
bottom (kg)
|
distilat (fraksi)
|
bottom (fraksi)
|
metanol
|
13412,36559
|
1737,634409
|
0,95
|
0,02
|
Air
|
705,9139785
|
85144,08602
|
0,05
|
0,98
|
Total
|
14118,27957
|
86881,72043
|
1
|
1
|
Mencari nilai N, Pt = 760 mmHg
DEW POINT PADA TOP KOLOM
|
(trial T dew)
|
70,21592412
|
||
komponen
|
y
|
P0
|
k = Po/Pt
|
x = y/k
|
etanol
|
0,95
|
539,3824335
|
0,709713728
|
1,338567879
|
air
|
0,05
|
235,3611272
|
0,309685694
|
0,161454019
|
total
|
1
|
1,500021898
|
||
BUBBLE POINT
|
(trial TB)
|
88,76699199
|
||
komponen
|
y
|
P0
|
k = Po/Pt
|
x = y/k
|
Etanol
|
0,02
|
1123,725119
|
1,478585683
|
0,01352644
|
Air
|
0,98
|
501,0742046
|
0,659308164
|
1,48640659
|
Total
|
1
|
1,49993303
|
Mencari Nm
komponen
|
distilat
|
bottom
|
α LD
|
α LB
|
SQRT α LD *LB
|
log SQRT
|
etanol
|
0,709713728
|
1,47858568
|
2,29172268
|
2,242632146
|
2,267044542
|
0,35546005
|
air
|
0,309685694
|
0,65930816
|
XLD * D
|
XHD*D
|
XHB*B
|
XLB*B
|
log
|
Nm
|
13412,36559
|
705,9139785
|
85144,08602
|
1737,63441
|
2,968949681
|
8,35241444
|
α1
|
2,269897917
|
k etanol/ k air
|
α2
|
1
|
k air / k air
|
Q
|
1
|
|
Φ (trial)
|
1745,112427
|
|
masuk rumus utama (1-q)
|
-0,00065405
|
|
-0,000654048
|
Rm +1 = (α1 *X1
distlsi/α1-Φ)+(α2*X2 distlsi/α2-Φ)
R= 1.5 *Rm
|
|
-1,001265959
|
Rm
|
R=
|
-1,50189894
|
X= R-Rm/R+1
|
N-Nmin/N+1= 1-exp
[(1+54.4*X/11+117.28*X)*(X-1/X^0.5)]
N- N min/N+1 =
|
0,006252633
|
hasil exp
|
|
N teoritis
|
8,333869172
|
(N min +X)+(1-X)
|
Dari
metode short cut didapatkan :
Nm =
8,35241444 tray
Nteoritis =
8,333869172 tray
Sehingga dapat disimpulkan bahwa jumlah tray adalah sebesar 8,3 tray.
2. Aplikasi
pada CATIA
Dari data – data di atas dapat
dibuat desain tangkinya dengan ukuran – ukuran yang sesuai dengan kapasitas
dari masing – masing tangkinya dengan merubah terlebih
dahulu satuan menjadi mm karena pengaplikasian dalam CATIA mengunakan mm.
No comments:
Post a Comment