Decanter 5k27

DEKANTER (DK-01) Tugas

: Memisahkan asam aklirat dan metil aklirat (fasa berat) dari campuran keluar reaktor, dengan fasa ringan berupa air, methanol, fenol, asam aklirat dan metil aklirat.

Jenis

: Horisontal decanter

Kondisi operasi

: P = 1 atm T = 80 0C

Data Fisis Densitas 𝜌= A B^-(1-T/Tc)^n Komponen A B N Tc CH3OH 0,27197 0,27192 0,2331 512,58 H2O 0,3471 0,274 0,28571 647,13 C3H4O2 0,34645 0,25822 0,30701 615 C4H6O2 0,32153 0,25534 0,28571 536 Na2SO4 0,26141 0,1 0,28571 3700

Komponen CH3OH H2O C3H4O2 C4H6O2 Na2SO4

Viskositas Log10=A + B/T + CT + DT^2 () A B C D -9,0562 1254,2 0,022383 -2,354E-05 -10,2158 1792,5 0,01773 -1,263E-05 -15,9215 2440,8 0,034383 -2,767E-06 -12,1755 1685,9 0,028551 -2,632E-05 11,2905 -4577,9 0,0067848 9,2443E-07

Neraca Massa

Data kelarutan dalam air Komponen CH3OH, C3H4O2, Na2SO4, dan C4H6O2 Komponen CH3OH C3H4O2 C4H6O2 Na2SO4

Per 100 gr air 100 g 4,94 g 43,7 g

Maka : Komposisi umpan masuk Komponen C3H4O2 C4H6O2 CH4O Na2SO4 H2O Total

Kmol/jam Kg/jam 0.7876 56,7066 44.4537 3823,0152 63.7950 2041,4388 2.2482 319,2452 60.8140 1094,6518 172.0984 7335,0577

f.massa (x)

rho (kg/m3)

0.0077 0.5212 0.2783 0.0435 0.1492 1.0000

Diperoleh harga densitas (ρ) umpan masuk dekanter ρ umpan

= 921,4098 kg/m3 = 57,5217 lb/ft3

Kecepatan volumetrik umpan :

7335,0577 kg jam massatotal = = 7,96069 m3/jam Qf  921,4098 kg/m3 campuran = 0,00221 m3/det

Data kelarutan dalam air C3H4O2

= 100 g/100 g H2O

C4H6O2

= 4,94 g/100 g H2O

982.0572 877.7249 733.4852 2449.5199 975.6407

x.rho 7.592 457.468 204.138 106.611 145.600 921.409

CH4O

= Larut sempurna

Na2SO4

= 43,7 g/100 g H2O

Maka

C3H4O2 larut dalam H2O

=

100 100

𝑥 1094.6518 Kg/jam

= 1094.6518 Kg/jam -----------> Larut sempurna C4H62 larut dalam H2O

=

4.94 100

𝑥 1094.6518 Kg/jam

= 54.0758 C4H6O2 tidak larut dalam H2O

Kg/jam

= 3823.0152 - 54.07579769 = 3768.9394 Kg/jam

CH4O larut dalam H2O

= 2041.4388 Kg/jam

Na2SO4 larut dalam H2O

=

43,7 100

𝑥 1094.6518

= 478.3628

Kg/jam

Kg/jam -----------> Larut sempurna

Asumsi : C2H3COOCH3 yang terpisah mengandung 0,5 % fase berat Fase ringan yang terikut

=

0,5 99,5

𝑥 3768.9394

= 18.9394

Kg/jam

Kg/jam

Sehingga komposisi hasil atas : Komponen C3H4O2 C4H6O2 CH4O Na2SO4 H2O Total

Kmol/jam 0.0046 43.8285 0.3721 0.0000 0.3547 44.5600

Kg/jam f.massa(x) 0.0001 0.3308 0.995 3769.2548 0.003 11.9080 0.000 0.0000 0.002 6.3852 1.0000 3787.8788

Diperoleh harga densitas (ρ) umpan masuk dekanter ρ atas = 877.4456 kg/m3

rho (kg/m3)

rho.x

982.0572 877.7249 733.4852 2449.5199 975.6407

0.0858 873.4094 2.3059 0.0000 1.6446 877.4456

= 54,77714 lb/ft3 Kecepatan volumetrik hasil atas :

massatotal = QL  campuran

3787,8788 kg

jam = 4,31694 m3/jam 877,4456 kg/m3

= 0,00119915 m3/det Sisa CH4O dan Na2SO4 yang larut dalam air menjadi produk bawah decanter (fasa berat) C3H4O2

= (0,7876 - 0,0046) kmol/jam x 72

= 0,7830 kmol/jam x 72 = 56,3759 kg/jam C4H6O2

= (44,4537 - 43.8285) kmol/jam x 86 = 0.6251 kmol/jam x 86 = 53,7604 kg/jam

CH4O

= (63.7950 - 0.3721) kmol/jam x 32 = 63,4228 kmol/jam x 32 = 2029.5309 kg/jam

Na2SO4

= (2.2482 – 0) kmol/jam x 142 = 2,2482 kmol/jam x 142 = 319.2452 kg/jam

H2O

= (60,8140 – 0,3547) kmol/jam x 18 = 60,4593 kmol/jam x 18 = 1088,2665 kg/jam

Sehingga komposisi hasil bawah Komponen

Kmol/jam

Kg/jam

f massa (x)

rho(kg/m3)

x.rho

C3H4O2 C4H6O2 CH4O Na2SO4 (aq) H2O Total

0.7830 0.6251 63.4228 2.2482 60.4593

56.3759 53.7604 2029.5309 319.2452 1088.2665

127.5384 3547.1789

0.01589 0.01516 0.57215 0.09000 0.30680 1.0000

982.0572 877.7249 733.4852 2449.5199 975.6407

15.6080 13.3026 419.6661 220.4562 299.3244 968,3573

Diperoleh harga densitas (ρ) hasil bawah dekanter ρ bawah

= 968,3573 kg/m3 = 60,45257 lb/ft3

Kecepatan volumetrik hasil bawah :

massatotal = QH  campuran

3547,1789 kg

jam = 3,6631 m3/jam 968,3573 kg/m3

= 0,00101752 m3/det Menghitung viskositas fase berat dan fase ringan Viskositas fase berat Komponen C3H4O2 C4H6O2 CH4O Na2SO4 (aq) H2O Total

𝜇 𝑐𝑎𝑚𝑝 =

Kg/jam 56.3759 53.7604 2029.5309 319.2452 1088.2665 3547.1789

1 3 (∑ ((x. 𝜇)3 ))

= 0.80533 = 0.5223 𝑐𝑃

f massa (x) 0.01589 0.01516 0.57215 0.09000 0.30680 1.0000

𝜇 () 0.480 0.250 0.293 0.344 1.367

𝜇^1/3 0.78281 0.63034 0.66383 0.70059 1.10971

x.𝜇^1/3 0.0124 0.0096 0.3798 0.0631 0.3405 0.8053

Viskositas fase ringan Komponen Kg/jam f.massa(x) 𝜇 () 0.480 C3H4O2 0.3308 0.0001 0.250 C4H6O2 3769.2548 0.995 0.293 CH4O 11.908 0.003 0.344 H2O 6.3852 0.002 1.367 Total 3787.8788 1

x.𝜇^1/3 𝜇^1/3 0.0001 0.78281 0.6272 0.63034 0.0020 0.66383 0.0014 0.70059 0.6307 1.10971

3

1

𝜇 𝑐𝑎𝑚𝑝 = (∑ ((x. 𝜇)3 )) = 0.63073 = 0.2508 𝑐𝑃 = 0,0002508

𝑘𝑔 𝑚 𝑑𝑒𝑡

Menentukan fase terdispersi Persamaan 18.5 Walas,1990 hlm. 613 ψ

Q = L QH

  L  H   H  L

  

0,3

Keterangan : ψ <0,3 fasa ringan selalu terdispersi ψ 0,3-0,5 fasa ringan mungkin terdispersi ψ 0,5-2,0 kemungkinan inversi fasa, desain untuk kasus terburuk ψ 2,0-3,3 fasa berat mungkin terdispersi ψ >3,3 fasa berat selalu terdispersi ψ

4,31694  877,4457 x 0,5223  =   3,6631  968,3573 x 0,2508 

= 1,426

0,3

Terminal velocity butiran terdispersi Persamaan 18.2 Walas, 1990 hlm. 612 g  d p   D   C  2

Ud

=

18 C

Keterangan : Ud

= terminal velocity fase terdispersi, m/det

dp

= diameter butir terdispersi, m

ρD

= densitas fase terdispersi, kg/m3

ρC

= densitas fase kontinyu, kg/m3

μC

= viskositas fase kontinyu, kg/m.det

g

= kecepatan gravitasi, m/det

Ukuran butir terdispersi diambil dp =150μm (150x10-6 m) (Towler & sinnot) Viskositas fase kontinyu : μL = 0,2508 = 0,2508 x 10-3 kg/m.det Maka :

Ud

9.81 x (150 x 10 6 ) 2 m 2 x (877,4457 - 968,3573)kg/m 3 = 18 x 0,2508 x 10 3

= - 0,00444 Tanda (-) menunjukkan bahwa fase terdispersi/ fase ringan menuju ke atas

Luas interface Agar butir terdispersi tidak ada yang terbawa oleh aliran pada fase kontinyu keluar dekanter maka disyaratkan : Kecepatan linear fase kontinyu (Uc) < dari terminal velocity fase terdispersi (Ud) (Towler & Sinnot hlm. 585). Uc

=

Qc Ai

Dengan: Uc

= kecepatan linear fase kontinyu (m/det)

Ai

= luas penampang interface (m2)

QL

= kecepatan volumetrik fase ringan (m3/det)

Ai

=

Qc Uc

=

0,00119915 m3/det 0,00444 m/det

= 0,2698 m²

Dimensi dekanter Untuk decanter vertikal luas penampang dekanter sama dengan luas interface

  ID 2

Ai

=

ID

 4  Ai  =    

4 0,5

0,5

 4 x0,2698  =  = 0,5863 m  3.14 

Untuk dekanter Horisontal perbandingan tinggi (H) dengan diameter (D), menurut Coulson, J.N 1983, hal 347, perbandingn L/D = 2:1 Dirancang L/D = 2 Sehingga tinggi dekanter (L) = 2D = 2 x 0,5863 m = 1,1735 m = 1,5 m

𝑟= =

𝐼𝐷 2 0,5866 𝑚 2

= 0,2931 𝑚 Waktu tinggal cairan dalam dekanter (ζ ) Waktu tinggal cairan dalam dekanter dihitung dengan: ζ =

0,1 𝐿 𝑈𝑐

(0,1).(1,5) 𝑚

= (0,00444) 𝑚/𝑑𝑒𝑡

= 67.499 detik = 1,125 menit Berdasarkan Towler & Sinnot, hlm. 585, waktu tinggal cairan dalam dekanter berkisar antara 2-5 menit. Dimensi decanter P

= 1 atm

= 14,7 psia

P design

= 1,2 atm

= 17,64 psia

s

= 18750 psia

ri

= 0,2931 m

e

= 0,8

c

= 0,125

= 11,539 in



Dimensi Shell

Untuk mencari tebal shell, digunakan persamaan berikut (Rase and Barrow, 1957). 𝑡𝑠 =

0,885 𝑃 𝑟 𝑓 𝐸 − 0,6 𝑃

+𝐶

Dengan, ts = Tebal shell, in P = Tekanan design, psia ri = Jari-jari, in f = Allowable working stress, psia E = t efficiency C = Corrosion allowance, in

𝑡𝑠 =

0,885 × 17,64 𝑝𝑠𝑖𝑎 × 11,539 𝑖𝑛 + 0,125 18750 𝑝𝑠𝑖𝑎 × 0,8 − (0,6 × 17,64 𝑝𝑠𝑖𝑎)

= 0,137 𝑖𝑛 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑝𝑒𝑟𝑎𝑛𝑐𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑏𝑖𝑙 𝑡𝑒𝑏𝑎𝑙 𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙 𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑠𝑎𝑟 𝑂𝐷 = 2𝑟𝑖 + 2𝑡𝑠 = 2. 11.539 𝑖𝑛 + 2. 0,137 = 23,3526 𝑖𝑛 = 0,5932 𝑚 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑏𝑖𝑙 𝑢𝑘𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑂𝐷 𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑠𝑎𝑟 28 𝑖𝑛 = 0,7112 𝑚 𝐼𝐷𝑠 = 𝑂𝐷 − 2. 𝑡𝑠 = 24 𝑖𝑛 − (2. 0,1875)𝑖𝑛 = 23,625 𝑖𝑛

3 𝑖𝑛 = 0,1875 𝑖𝑛 16



Dimensi Head

Tabel 12-10, Peter M, hal 554, dipilih tutup torispherical t head =

=

0,885  P  ri C f  E  0,1  P 0,885 x(17,64 Psi) x(11,539 in )  0,125in (18750 psiax 0.8)  (0.1x17,64 psi )

= 0,1370 in Distandarkan = 3/16 in = 0,1875 in Tinggi head : keterangan : icr

: Inside-Corner Radius

sf

: Straight Flange

r

: Radius Of Dish

OD

: Outside Diameter

b

: Depth Of Dish (Inside)

a

: Inside Radius

OD

D OA sf

icr b B

r

A

ID

t

ID

a D

C

Berdasarkan tabel 5.7 Brownell and Young, hal 90 dari besarnya OD standar maka dapat diketahui besarnya r = 26 in , dengan tebal head 3/16 in diperoleh icr = 1,75 in a

=

IDs 2

=

23,625 in  11,6763 in 2

AB = a – icr = 11,6763 in – 1,75 in = 9,9263 in

BC = r – icr = 26 in – 1,75 in = 24,25 in b = r – (BC2 – AB2)1/2

(Brownell and Young, hal 87)

b = 26 in – ( (24,25 in)2 – (9,9263 in)2 )1/2 b = 3,8746 in Dari tabel 5.6 Brownell and Young, untuk tebal head 3/16 in = 0,1875 in diperoleh Sf = 1,75 in sehingga tinggi head (Hh) = thead + b + sf = 0,1370 in + 3.8746 in +1,752 in = 5,7637 in = 0,1464 m Volume Dekanter V head

= 0,084673 x ID3 standar = 0,084673 x (0,7017 m)3 = 0,02925 m3

V shell

=

𝜋 𝐼𝐷2 𝐻 4

3,14 × (0,7017 𝑚)2 × 1,5 𝑚 = 4

= 0,5798 𝑚3 V dekanter

= V shell + (2. V head) = 0,5798 + (2. 0,02925) = 0,6382 m3

Volume Cairan VB

= ζ QH = 67,499 detik. 0,00119915 m3/det = 0,0809 m3

VA

= ζ QL = 67.499 detik × 0,00101752 𝑚3 = 0,0687 m3

Keterangan: VB = volume fasa berat (m3) VA = volume fasa ringan (m3)

Ketinggian pipa 𝑍1 = 0,9 𝐻 = 0,9 (1,5 𝑚) = 1,35 𝑚

𝑍3 = 0,5 𝐻 = 0,5 (1,5) = 0,75 m 𝑍2 = 𝑍3 + (𝑍1 − 𝑍3) ×

𝜌𝐻 𝜌𝐿

968,3573 𝑘𝑔/𝑚3 = 0,75 𝑚 + (1,35 𝑚 − 0,75 𝑚) × 877,4457 𝑘𝑔/𝑚3 = 1,4122 𝑚

Ukuran Pipa Pemasukan Umpan Ukuran pipa pemasukan umpan dapat dihitung dengan persamaan (15) Peter M.S 1980 hal 496 : ID

= 3.9 x Qf0,45 x ρ0,13

Dengan :

Qv

ID

= inside diameter pipa, in

Qf

= laju alir umpan ft3/s

ρ

= densitas umpan, lb/ft3

= 0,00221 𝑚3 /𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 ×

35,3147 𝑓𝑡 3 1 𝑚3

= 0,07805 ft3/det ρ

= 921,4098

kg/m3×

0,0624 𝑙𝑏/𝑓𝑡3 1 𝑘𝑔/𝑚3

= 57,5217 lb/ft3 ID

= 3.9 x (0,07805 ft3/det)0,45 x (57,5217 lb/ft3)0,13 = 2.096 in

ID distandarkan berdasarkan Geankopolis, C.J 1983 appendix A.5 Dipilih ID

= 2,469 in

Sch. no

= 40

OD

= 2.875 in

NPS

= 2,5 in

Ukuran pipa fase ringan Ukuran pipa pengeluaran fase ringan menggunakan persamaan (15) Peter M.S 1980 hal 496 : Qf

= 0.00119915 𝑚3 /𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 ×

35,3147 𝑓𝑡 3 1 𝑚3

= 0,0423 ft3/det ρ

= 877,4457

kg/m3×

0,0624 𝑙𝑏/𝑓𝑡3 1 𝑘𝑔/𝑚3

= 63,0249 lb/ft3 ID

= 3.9 x (0,0031 ft3/det)0,45 x (63,0249 lb/ft3)0,13 = 0,4966 in

ID distandarkan berdasarkan Geankopolis, C.J 1983 appendix A.5 Dipilih ID

= 0,493 in

Sch. no

= 40

OD

= 0,675 in

NPS

= 0,375 in

Ukuran pipa fase berat

Ukuran pipa pengeluaran fase ringan menggunakan persamaan (15) Peter M.S 1980 hal 496 : Qf

= 0,00077 𝑚3 /𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 ×

35,3147 𝑓𝑡 3 1 𝑚3

= 0,0273 ft3/det ρ

= 1136,9074 kg/m3×

0,0624 𝑙𝑏/𝑓𝑡3 1 𝑘𝑔/𝑚3

= 70,9430 lb/ft3 ID

= 3.9 x (0,0273 ft3/det)0,45 x (70,9430 lb/ft3)0,13 = 7,1196 in

ID distandarkan berdasarkan Geankopolis, C.J 1983 appendix A.5 Dipilih ID

= 7,625 in

Sch. no

= 80

OD

= 8,625 in

NPS

= 8 in

KESIMPULAN DEKANTER (DK-01) Tugas

: Memisahkan asam salisilat dan metil salisilat (fasa berat) dari campuran keluar

reaktor, dengan fasa ringan berupa air, methanol, fenol, asam salisilat dan metil salisilat. JeJenis

: Vertikal dekanter

Kondisioperasi ;

P = 1 atm T = 40 0C

Diameter dekanter

= 1,0957 m

Tinggi total dekanter

= 3,5937 m

Tebal dinding decanter

= 3/16 in

Waktu tinggal

= 2 menit

Volume total decanter

= 0,58 m3

Kecepatan volumetric faseringan (QL)

= 0,3158 m3/jam

Kecepatan volumetric fase berat (QH)

= 2,7867 m3/jam

Perancangan pipa umpan

:

ID = 1,38 in Sch. no

= 40

OD

= 1,66 in

NPS

= 1,25 in

Perancangan pipa fraksi ringan ID

= 0,493 in

Sch. no

= 40

OD

= 0,675 in

:

NPS

= 0,375 in

Perancangan pipa fraksi berat ID

= 7,625 in

Sch. no

= 80

OD

= 8,625 in

NPS

= 8 in

Lokasi

: Outdoor

Jumlah

:1

: