TETAPAN PERANCANGAN
Tetapan2 Perancangan
Alat 1
Alat 2
Tetapan2 perancangan adalah besaran2 yang tetap berlaku baik pada alat 1 maupun alat 2, meskipun prosesnya berbeda. Besaran2 ini sangat bermanfaat untuk perancangan alat berdasar data alat lain yang tersedia. Untuk bisa mengekstrak dan memanfaatkan tetapan perancangan, diperlukan model matematis. Kasus 1 Ingin dirancang suatu filter kontinyu (Rotary Drum Vacuum Filter) untuk memisahkan 385000 kg padatan/hari dari slurry yang mengandung 10% padatan (sisanya air). Porositas kueh yang terbentuk 40%. Tersedia data filter yang bekerja secara batch (plate and frame filter) yang menyaring slurry yang sama dengan filter cloth yang sama pula. Luas filter tersebut 0,35 m2. Data operasi filtrasi pada beda tekanan tetap 0,74 atm sebagai berikut: Waktu, jam Vol filtrasi, m3
0,15 3,53
0,30 5,74
0,45 7,28
0,60 9,44
Rancang ukuran RDVF yang bisa menjalankan tugas yang diberikan berdasarkan data plate and frame filter tersebut. Analisis Proses Batch
Persamaan di atas merupakan persamaan garis lurus berbentuk y = ax + b. Dengan membuat grafik hubungan dt/dϑ dan ϑ maka akan dapat dibaca slope dan interceptnya.
Proses Kontinyu
V’ = volume filtrat tertampung tiap waktu
Slurry sama Cv tetap = f(sifat kueh) Kain saring sama ϑe = Ve/A = tetap Ve volume filtrat tertampung yang setara dengan tahanan filter cloth tidak konstan (tergantung besarnya filter cloth, walaupun jenisnya sama) Yang konstan adalah Ve tiap satuan luas
Filter Batch t V ϑ = V/A dt/d ϑ ≈ Δt/Δ ϑ
0 0 0
t1 V1 ϑ1
t2 V2 Θ2
t3 V3 ϑ3
t4 V4 ϑ4
t5 V5 ϑ5
... ... ...
Selanjutnya dibuat grafik antara ϑ versus Δt/Δ ϑ dan membaca slope dan intercept dari garis yang terbentuk. Slope = 2Cv/-ΔP dan Intercept = 2Cv ϑe/-ΔP, sehingga dengan nilai –ΔP yang tertentu dapat diperoleh harga Cv dan ϑe. Kedua besaran tersebut (Cv dan ϑe) yang diperoleh dari data filter batch selanjutnya dapat digunakan untuk merancang filter kontinyu.
Kasus 2 Data yang ada di PT Petrokimia Gresik: Reaksi fasa cair eksotermis A Produk. Kadar A kecil. Data reaktor batch adiabatis adalah sebagai berikut: Waktu, mnt Konversi A Suhu, K
0 0 340
30 0,11 344
60 0,28 350
90 0,53 359
120 0,78 369
150 0,90 373
Konsentrasi A mula2; Ca0 = 1,6 mol/L. Ingin dirancang reaktor kontinyu berupa RATB seri (2 buah) yang bekerja secara adiabatis. Konsentrasi A pada umpan reaktor kontinyu, Ca0 = 2 mol/L. Laju umpan 400 L/menit. Konversi yang diinginkan = 0,92. Dilihat dari kinetikanya: r = k CA n k = A exp (-E/RT) Panas reaksi tiap mol = λ Tetapan perancangan: n, A, E/R, λ Reaktor Batch Adiabatis: Panas untuk menaikkan suhu = Panas yang dihasilkan dari reaksi eksotermis
Dengan membuat grafik hubungan (T-T0) vs X maka slope garis tersebut adalah Menggunakan data di atas didapatkan nilai Jika
maka
Kinetika reaksi: Batch, volume tetap
dan
k dan n merupakan tetapan perancangan Reaktor adiabatis suhu berubah k berubah k tidak dapat dievaluasi Asumsi: k = A exp (-E/RT)
..... Arrhenius, A dan E tetapan perancangan
Sehingga tetapan perancangannya adalah n, A dan E
Coba n = 1, dicari harga A dan E yang memberikan hasil hitungan hubungan X dan t yang paling dekat dengan data. Lebih kuantitatif: dicari harga A dan E yang memberikan S = Σ(thitung – tdata)2 yang minimal. Coba untuk n = 2, n = 3, dan dipilih n yang paling sesuai yaitu yang mempunyai penyimpangan paling kecil. Dari data di atas diperoleh n = 2; A = 2,31.1018; E/R = 16500 Jadi,
Perancangan Reaktor Baru (alat 2, RATB seri)
Fv, L/mnt CA0 = 2 mol/L X0 = 0 T0 = 340 K
Fv, L/mnt
Fv, L/mnt
VR1, X1, T1
X1 T1
Tetapan perancangan: n = 2; A = 2,31.1018; E/R = 16500 ;
VR2, X2, T2
= 23,06
X2 = 0,92 T2
Persamaan2 yang ada:
Tugas: 1. Buatlah algoritma/urutan perhitungan untuk reaktor pada kasus 2. Dengan menggunakan datadata di atas, tentukanlah VR1, VR2, X1, T1, dan T2 ! Diketahui Fv = (400 + 2 angka terakhir NIM) 2. Umpan sebanyak X kg A/menit akan diekstraksi dengan solven B sebanyak X kg/menit. Umpan merupakan campuran A dan C dengan kadar C sebesar 0,324 kg C/kg A. Dengan menggunakan ekstraktor cross current 2 stage, didapatkan kadar C dalam rafinat 2 adalah 0,1 kg C/kg A. Ingin dirancang ekstraktor 2 stage yang beroperasi secara counter current.
B = 100 kg /mnt
A = 100 kg A/mnt C = 0,324 kg C/kg A = X0
1
B = 100 kg /mnt
A = 100 kg A/mnt C = X1 kg C/kg A
2
B = 100 kg /mnt C = Y1 kg C/kg B
2 stage cross current extractor
A = 100 kg A/mnt C = X2 = 0,1 kg C/kg A B = 100 kg /mnt C = Y2 kg C/kg B
A = 100 kg A/mnt C = 0,324 kg C/kg A = X0
A = 100 kg A/mnt C = X1 kg C/kg A
1
2 B = 100 kg /mnt C = Y2
B = 100 kg /mnt C = Y1
A = 100 kg A/mnt C = X2 = 0,1 kg C/kg A B = 100 kg /mnt
2 stage counter current extractor
Kesetimbangan
Y=KX
Tetapan perancangannya adalah K Bandingkanlah recovery C yang didapatkan dari kedua cara tersebut. X = (100 + 2 angka terakhir NIM)
Jawaban dikumpulkan pada saat UAS PPK 1 2015
