rule of thumb pap
TRANSCRIPT
-
Perancangan Alat Proses
1
RINGKASAN:RULEOFTHUMB
PERANCANGANALATPROSES
Disaduroleh
AsepHandayaSaputra
dari
ChemicalProcessEquipment
SelectionandDesign
StanlyM.Walas
-
Perancangan Alat Proses
2
KOMPRESORDANPOMPAVAKUM
1. Fan digunakan hingga tekanannya mencapai 3% (12 inc. air), blower
digunakanhingga tekanannyakurangdari40psig,dankompresoruntuk
tekananyang lebihbesar, tetapibatasanpenggunaanblower secaraumum
termasukkedalambatasanpenggunaankompresor.
2. Pompavakum :untuk tipe reciprocatingpiston tekanannya turun sekitar1
Torr;rotarypistonsekitar0.001Torr;twoloberotarypistonsekitar0.0001Torr:
steamjetejector,untuk1stageturunsekitar100Torr,untuk3stagesekitar1
Torr,danuntuk5stagesekitar0.05Torr.
3. Ejectoryangmemiliki 3 stagemembutuhkan 100 lb steam/lbudarauntuk
menjagatekanan1Torr.
4. tergantungtekananabsolut,Torr,danvolumperalatan,V(ft3),dimanaw=
kV2/3 lb/jam,dengan k = 0.2untukP bernilai lebih dari 90 Torr, 0.08 3
untukP=20Torr,dan0.025untukPkurangdari1Torr.
5. THP (Theoritical adiabatic Horse Power) = [(SCFM)T1 / 8130a] [(P2/P1)a1],
dimanaT1adalahsuhuinlet(OF+460)dana=(k1)/k,k=Cp/Cv.
6. SuhuoutletT2=T1(P2/P1)a
7. Untukmengkompresudarayangmemilikitemperatur100OF,k=1.4,rasio
kompresi = 3, daya teoritis yang dibutuhkan = 62 HP/juta ft3/hari, suhu
outletnyasekitar306OF.
8. Temperatur keluaran sebaiknya tidak melebihi 350400OF; untuk gas
diatomik(Cp/Cv=1.4)rasiokompresi=4.
9. Di dalam unit multistage, rasio kompresi untuk setiap stage sebaiknya
sama,rasio=(Pn/P1)1/n,dengann=stage.
-
Perancangan Alat Proses
3
10. Efisiensireciprocatingcompressor:65%untukrasiokompresi1.5,75%untuk
rasiokompresi2,dan8085%untukrasiokompresi36.
11. Efisiensicentrifugalcompressor(6000100,000ACFMpadasuction):7678%
12. Rotarycompressormemilikiefisiensi70%,kecuali tipe liquidlinersekitar50
%.
-
Perancangan Alat Proses
4
CONVEYORUNTUKPARTIKELPADATAN
1. Screwconveyorcocokdigunakanuntukmemindahkanpadatanabrasifpada
upincline20O.Conveyorinidapatdigunakanhinggaberjarak150ftConveyor
jenis ini yang berdiameter 12 inc. ini dapatmenangani laju alir sebesar
10003000ft3/jamdengankecepatanantara40s.d.60rpm.
2. Beltconveyordigunakanuntukkapasitastinggidanjarakjauh(1mil,tetapi
hanya beberapa ratus ft dalam sebuah plant), up incline maksimal 30O.
Conveyorjenis iniyangmemiliki lebar24 inc.dapatmembawa3000ft3/jam
dengankecepatan100ft/menit,tetapiuntukkecepatanlebihbesardari600
ft/menit cocok digunakan untuk beberapa bahan. Konnsumsi energinya
relatifrendah.
3. Bucket elevator : untuk transportasi bahanbahan abrasif dan sticky secara
vertikal. Dengan kapasitas conveyor jenis ini sekitar 20 x 20 inc., dapat
membawa1000ft3/jamdengankecepatan100300ft/menit.
4. Dragtypeconveyor(Redler)cocokdigunakanuntukjarakdekat.Kapasitas
jenisiniantara319in2denganlaju30ft/menit(flyash)hingga250ft/menit
(grain).Kebutuhanenerginyatinggi.
5. Pneumaticconveyor:digunakanuntukkapasitastinggi,jarakdekat(400ft),
dan tranportasisecarasimultandaribeberapasumberkebeberapa tujuan.
Baik tekanan vakum maupun rendah (612 psig) dioperasikan dengan
batasan kecepatan udara antara 35120 ft/detik tergantung tekanan dan
material,kebutuhanudarasekitar17ft3/ft3padatanyangdipindahkan.
-
Perancangan Alat Proses
5
COOLINGTOWER
1. Airyangkontakdenganudaradibawahkondisiadiabatisakhirnyadingin
padatemperaturwetbulb.
2. Padaunitkomersil,90%penjenuhanudaradapatdikatakanlayak.
3. Ukuranrelatifcoolingwatersensitifterhadapperbedaanantaratemperatur
wetbulbdankeluaran:
T(OF) 5 15 25
Volum
relatif
2.4 1.0 0.55
4. Pengisian tower memiliki struktur terbuka untuk meminimisasi pressure
drop,secarastandartmaksimumnilainyasekitar2inair.
5. Laju sirkulasi air sekitar 14 gpm/ft2 dan laju udara sekitar 13001800
lb/(jam)(ft2)atau300400ft/menit.
6. Tower berjenis aliranudara alamiChimneyassisted berbentuk hiperboloid
karena jenis inimemilikikekuatanyang lebihbesaruntukketebalanyang
diberikan;toweryangmemilikitinggi250ftmemilkitembokbetondengan
ketebalan 56 in. Cross section yang diperluas pada bagian puncak
membantudalamdispersiudaralembabkeluarkeatmosfir.
7. Towerberjenisaliranudara terinduksisecaracountercurrentpalingbanyak
digunakan di dalam industri. Tipe ini mampu untuk mendinginkan air
hingga2OFdariwetbulb.
-
Perancangan Alat Proses
6
DISTILASIDANABSORBSIGAS
1. Distilasi merupakan metode pemisahan liquid yang paling ekonomis
dibandingkan dengan metode pemisahan lainnya seperti ekstraksi,
adsorpsi,dankristalisasi.
2. Untuk campuran ideal, relative volatility adalah rasio tekanan uap 12 =P2/P1.
3. Tekananoperasi towerseringditentukanoleh temperaturkondenser,100
120OFjikaairpendingin;ataudengantemperaturmaksimumreboileryang
diperbolehkan,150psigsteam,366OF.
4. Secaraekonomis,rasioreflux(R)optimum=1.2xRmin.
5. Secaraekonomis,jumlahtray(N)optimummendekati2xNmin.
6. Jumlah tray minimum dapat ditentukan dengan persamaan Fenske
Underwood:
Nm=log{[x/(1x)]ovhd/[x/(1x)]btms}/log
7. Reflux minimum (Rm) untuk campuran biner atau pseudobiner dapat
ditentukandenganpersamaanberikut,dimanaxD=1danD/Fadalahrasio
lajuprodukoverheaddanumpan:
RmD/F=1/(1),dimanakondisiumpanberadapadabubblepoint,
(Rm+1)D/F=/(+1),dimanakondisiumpanberadapadadewpoint.
8. Dianjurkanmenambahkan faktorkeamanan10%untuk jumlah trayyang
dihitung.
9. Pomparefluxdibuat25%dariukuranakhir.
10. Ukurantrayspacingyangdibuat2024in.
-
Perancangan Alat Proses
7
11. EfisienpuncaktrayadalahpadahargavapourfactorFS=u(v)1/2padarange11.2(ft/detik)(lb/ft3)1/2.RangeFSinimenentukandiametertower.Kecepatan
linier sekitar 2 ft/detik pada tekanan sedang dan 6 ft/detik pada kondisi
vakum.
12. Nilaioptimum faktorabsorbsiKremserBrown,A=K(V/L),adalahantara
1.252.
13. Pressuredroppertraysekitar0.1psi.
14. Efisiensitrayuntukdistilasihidrokarbonringandanlarutancairadalah60
90%;untukprosesstrippingdanabsorbsigasadalah1020%.
15. Sievetraymemilikiukurandiameterholesekitar0.255.0 in, luashole10%
daricrosssectionaktif.
16. Valve tray memiliki ukuran diameter hole 1.5 in dan masingmasing
dilengkapidengan sebuah liftablecap,1214cap/ft2 crosssectionaktif.Valve
traybiasanyalebihmurahdarisievetray.
17. Bubblecap trayhanyadigunakan ketikaketinggian cairan yangdiinginkan
harusdijagapadarasioturndownyangrendah;dandapatdirancanguntuk
pressuredropyanglebihrendahdibandingkandengansievedanvalvetray.
18. Tinggi weir sekitar 2 in, panjang weir sekitar 75 % dari diameter tray,
maksimum laju liquid sekitar8gpm/inweir; susunanmultipassdigunakan
padalajuliquidyangtinggi.
19. Packing random cocok digunakan untuk tower yang memiliki diameter
kolomdibawah3indanpressuredroprendah.
20. Untuklajugassebesar500cfmgunakanpackingyangberukuran1in;untuk
lajugassebesar2000cfmataulebihgunakanpackingyangberukuran2in.
21. Rasiodiametertowerdanpackingsebaiknya15:1.
-
Perancangan Alat Proses
8
22. Karena faktor deformabilitas, packing yang berasal dari bahan plastik
digunakanuntukkedalamankolom1015ft(unsupported),untuklogam20
25ft.
23. Liquidredistributordibutuhkanuntuksetiap510diametertowerdenganpall
ring atau setiap 20 ft. jumlah aliran liquid sebaiknya 35/ft2 dalam tower
yangmemilikidiameter lebihbesardari3ft(beberapaahlimengatakan9
12/ft2),danlebihbanyakuntuktoweryangberdiameterlebihkecil.
24. HETP (HeightEquivalenttoaTheoriticalPlate)untukuntukkontakuapcair
bernilai 1.31.8 ft untuk jenis pall ring yang berdiameter 1 in dan 2.53.0
untukpallringyangberdiameter2in.
25. Packed tower sebaiknyadipoerasikankirakira70%dari laju floodingyang
diberikanolehkorelasiSherwood,Lobo,d.l.l.
26. Refluxdrum biasanyadiletakkanhorizontal,denganwaktu liquidholdup 5
menit.untukfasaliquidkedua,misalnyasistemhidrokarbonair,kecepatan
linierfasatersebut0.5ft/detik,dengandiameterminimal16in.
27. Untuktoweryangberdiameter3ft,tambahkan4ftpadabagianatasuntuk
melepaskanuapdan6ftpadabagianbawahuntukmengaturtinggicairan
danumpanyangberasaldarireboiler.
28. Ukuran ketinggian tower maksimal 175 ft karena pertimbangan pondasi
danfaktorangin.SelainitunilaiL/Dharuskurangdari30.
-
Perancangan Alat Proses
9
DRIVERDANPERALATANRECOVERYENERGI
1. Nilai efisiensi lebih besar didapatkan pada mesin yang berukuran lebih
besar. Efisiensi motor 8595 %; steam turbine 4278 %; gas engine dan gas
turbine2838%.
2. Untuk daya di bawah 100 HP, motor listrik hampir digunakan secara
terpisah/eksklusifdandapatmenggerakanalathinggaberdaya20,000HP.
3. Motor induksi sangat terkenal.Synchronousmotordibuatuntukkecepatan
rendahsekitar150rpmdancocokdigunakanuntukreciprocatingcompressor
yangmemiliki kecepatan rendah, tetapi tidak dibuat untuk ukuran lebih
kecildari50HP.
4. Steam turbine untuk daya lebih besar dari 100 HP. Kecepatannya dapat
dikontrol.Seringdioperasikansebagaialternatifpadakasuspowerfailure.
5. Combustionenginedan turbinedapatdigunakan terbataspada lokasiyang
terpencil.
6. Gas expander untuk recovery energi dapat dibenarkan pada kapasitas
beberaparatusHP;sebaliknyareduksitekananyangdibutuhkandidalam
prosesdipengaruhiolehthrottlingvalve.
-
Perancangan Alat Proses
10
DRYINGPADATAN
1. Rangewaktu pengeringan adalah beberapadetik pada spraydryer hingga
satujamataukurangpadarotarydryerdanbeberapajamataubeberapahari
padatunnelshelfataubeltdryer.
2. Continoustraydanbeltdryeruntukmaterialyangberukurankecil(granural)
ataupelletyangberukuran315mmmemilikiwaktupengeringanantara10
200menit.
3. Rotarycylindricaldryerberoperasidengankecepatansuperficialudarasekitar
110 ft/detik,kadangkadang lebihdari 35 ft/detik jikamaterialnyakasar.
Waktu tinggal (residence time) nya sekitar 590menit.Holdup padatannya
sekitar 78 %. Cross section 85 % untuk tujuan perancangan. Pada aliran
countercurrent, temperatur gas keluar sekitar 1020OC di atas padatan.
Kecepatan putar yang digunakan sekitar 4 rpm, tetapi untuk produknya
sekitar15rpmdengandiametersekitar25ft.
4. Drumdryeruntukpastadanslurryberoperasidenganwaktukontaksekitar
312detik,menghasilkankepingan/flakedenganketebalan13mmdengan
lajuevaporasi1530kg/m2.jam.Diameternyasekitar1.55.0ft;lajurotasinya
sekitar210rpm.Kapasitasevaporasiterbesarnyasekitar3000 lb/jampada
aplikasiindustri.
5. Pneumatic conveying dryer secara normal digunakan untuk partikel yang
berdiameter 13 mm tetapi dapat pula digunakan untuk ukuran partikel
yangberdiameterlebihdari10mmketikakebanyakanuap(lembab)berada
di atas permukaan. Kecepatan udaranya 1030 m/detik. Waktu tinggal
(singlepass) sekitar 0.53.0detik, tetapinormalnyawaktu tinggal ratarata
termasuk recycle sekitar di atas 60 detik. Kebutuhan udaranya beberapa
SCFM/lbprodukkering/jam.
-
Perancangan Alat Proses
11
6. Fludizedbeddryerberoperasipalingbaikuntukukuranpartikelberdiameter
sekitar 10 mm, tetapi untuk diameter lebih dari 4 mm telah diproses.
Kecepatan gas yang dua kali kecepatan fluidisasi minimum memenuhi
aturankeamananproses.Padaoperasikontinyu,waktupengeringansekitar
12menit cukup, tetapi untuk proses pengeringan secara batch, beberapa
produkfarmasidioperasikandenganwaktupengeringansekitar23jam.
7. Spray dryer: uap (lembab) yang berada di atas permukaan dihilangkan
selama5detik,dankebanyakanpengeringanselesaiselamakurangdari60
detik. Aliran paralel udara dan stock umumnya banyak digunakan.
Atomizingnozzlememilikibukaan0.0120.15indanberoperasipadatekanan
3004000 psi. Kecepatan putar roda atomizing spray sekitar 20,000 rpm
dengankecepatanperiferal sekitar 250600 ft/detik.Untuknozzle,panjang
rasiodiameterdryersekitar45;denganrodaspray,rasionya0.51.0.Untuk
perancangan akhir, para ahli berkata, pada pilot test dalam sebuah unit
sebaiknyadibuatberdiameter2meter.
-
Perancangan Alat Proses
12
EVAPORATOR
1. Long tube vertical evaporator dengan sirkulasi alami maupun paksa sangat
terkenal.Diametertubenyasekitar1963mmdanpanjangtubesekitar1230
ft.
2. Padasirkulasipaksa,kecepatanlinierdidalamtubesekitar1520ft/detik.
3. Tingginyaboilingpointolehpadatanterlarutmenghasilkanperbedaan310OF
antaralarutandanuapjenuh.
4. Jika kenaikan tidik didih cukup besar, jumlah evaporator yang dipasang
secaraseri46denganumpandiletakkandidepannya.
5. Jikakenaikantidikdidihkecil,biayaminimumdiperolehdenganevaporator
yangdipasangsecaraseri810.
6. Padabackwardfeed,larutanyanglebihterkonsentrasidipanaskanolehsteam
yang bertemperatur paling tinggi sehingga pemanasan permukaan
dikurangi,tetapilarutanharusdipompadiantarastage.
7. Steamyangekonomisuntuk jumlahNstagesekitar0.8N lbevaporasi/lb lb
steamkeluaran.
8. Tekanan steam interstage dapat didorong oleh steam jet compressor dengan
efisiensi2030%ataudengankompresormesindenganefisiensisekitar70
75%.
-
Perancangan Alat Proses
13
EKSTRAKSI,LIQUIDLIQUID
1. Fasa terdispersi sebaiknya berada dalam satu fasa yang memiliki laju volumetrik
yang lebih besar kecuali pada peralatan backmixing yang juga berada dalam satu
fasa tetapi memilki laju volumetrik yang lebih kecil. Karena holdup fasa kontinyu
biasanya lebih besar, maka fasa tersebut sebaiknya dibuat dari material yang kurang
berbahaya dan cukup murah.
2. Tidak ada aplikasi komersial yang diketahui dari proses refluks ke ekstraksi,
meskipun secara teori diinginkan (Treybal).
3. Pengaturan mixer-settler dibatasi hingga lima stages. Mixing terlaksana dengan
impeler yang berputar atau pompa sirkulasi. Settler didesain pada asumsi bahwa
ukuran droplet sekitar 150m diameter. Pada vessel terbuka, waktu tinggal 30-60 menit atau kecepatan supervicial sekitar 0.5-1.5 ft/min diadakan di vessel. Efisiensi
stage ekstraksi biasanya diambil 80%.
4. Spray tower meski tingginya 20-40 ft tidak dapat dianggap memiliki fungsi lebih
dari satu stages.
5. Packed tower digunakan bila 5-10 stages mencukupi. Pall ring dengan ukuran 1-1.5
in. adalah terbaik. Loading fasa terdispersi tidak boleh melebihi 25 gal/(min)(sqft).
HETS 5-10 ft dimungkinkan. Fasa terdispersi harus didistribusikan kembali setiap 5-
7 ft. Packed tower tidak memuaskan ketika tegangan permukaan lebih dari 10
dyn/cm.
6. Sieve tray tower hanya memiliki diameter lubang 3-8 mm Kecepatan yang melalui
lubang dijaga dibawah 0.8 ft/sec untuk menghinadri pembentukan drop yang kecil.
Redispersi kedua fasa pada tiap tray dapat didisain. Tray spacing adalah 6-24 in.
Efisiensi tray ada pada rentang 20-30%.
7. Pulsed packed dan sieve tray tower dapat beroperasi pada frekuensi 90 siklus/menit
dan amplitudo 6-25 mm. Pada tower dengan diameter besar, HETS sekitar 1m telah
diselidiki. Tegangan permukaan sebesar 30-40 dyn/cm tidak memiliki efek yang
merugikan.
8. Reciprocating tray tower dapat memiliki diameter lubang 9/16 in. , 50-60 area
terbuka, panjang stroke 0.75 in., 100-150 strokes/min, plate spacing biasanya 2 in.
-
Perancangan Alat Proses
14
tetapi pada rentang 1-6 in. Pada tower dengan diameter 30 in., HETS adalah 20-25
in. dan aliran keluar adalah 2000 gal/(hr)(sqft). Daya yang dibutuhkan lebih kecil
daripada yang dibutuhkan pulsed tower.
9. Rotating disk contactor atau rotary agitated tower lainnya merealisasi HETS pada
rentang 0.1-0.5 m. Efisiensi Kuhni terutama dengan cakram pelubang dari 40 % luas
permukaan bebas memiliki HETS 0.2 m dan kapasitas 50 m3/m2hr.
-
Perancangan Alat Proses
15
FILTRASI
1. Prosesdiklasifikasiolehlajupembentukancakedisebuahlaboratoryvacuumleaf
filter:cepat0.110.0cm/sec;medium,0.110.0cm/min;lambat,0.110.0cm/hr.
2. Filtrasi secara kontinu tidak boleh dicoba jika cake dengan ketebalan 1/8 in.
tidakdapatdibentukkurangdari5menit.
3. Filtrasisecaracepatterlaksanadenganbelts,topfeeddrums,atausentrifugejenis
pusher.
4. Filtrasi dengan laju medium terlaksana dengan sentrifuge tipe vacuum drum
ataudisksataupeeler.
5. Filtrasi sluri yang lambat ditangani dalam filter bertekanan atau sentrifuge
sedimentasi.
6. Penjelasan dengan pembentukan cake yang tidak dapat diabaikan terlaksana
dengancartridge,drumberlapis,ataufilterpasir.
7. Tes laboratorium disarankan ketika permukaan filter diharapkan melebihi
beberapameterpersegi,ketikapencuciancakeyangkritis,ketikapengeringan
cakemenjadimasalah,ataupelapisanmungkindiperlukan.
8. Untukbijihdanmineral tanahyangbaik, laju filtrasirotarydrumsekitar1500
lb/(day)(sqft),pada20rev/hrdan1825in.Hgvakum.
9. Padatankasardankristaldapatdifiltrasipadalaju6000lb/(day)(sqft)pada20
rev/hr,26in.Hgvakum.
-
Perancangan Alat Proses
16
FLUIDISASIPARTIKELDENGANGAS
1. Yang termasuk properti dari partikel yang membantu untuk melancarkan
fluidisasi : bentuk bulat atau halus, kekuatan yang cukup untuk menahan
kikisan,ukuranpada rentangdiameter 50500m, spektrumukurandenganrasioterbesardanterkecildalamrentang1025.
2. Katalis perengkahan adalah anggota dari kelas yang luas yang
dikarakterisasikan oleh diameter 30150 m, densitas 1.5 g/mL atau lebih,ekspansibedyangdapatditerima sebelum fluidisasiberlangsung,kecepatan
gelembung minimum lebih besar dari kecepatan fluidisasi, dan pelepasan
gelembungyangcepat.
3. Partikel fluidisasisecarahalus lainnyadilambangkandenganpasirkasardan
beadskacayangkeduanya telahditelitidikebanyakan laboratorium.Ukuran
mereka pada rentang 150500 m, densitas 1.54.0 g/mL, ekspansi bed yangkecil,kirakira samadenganmagnitudedarikecepatangelembungminimum
dan kecepatan fluidisasiminimum,dan jugamemilikipelepasan gelembung
yangcepat.
4. Partikelkohesifdanpartikeldenganbesar1mmatau lebih tidak terfluidisasi
denganbaikdanbiasanyadiprosesdengancaralain.
5. Hubungan kasar telah ditemukan antara kecepatan fluidisasi minimum,
kecepatan gelembung minimum, dan tinggi pelepasan. Lagi pula pakar
menyarankan bahwa desain sebenarnya akan berdasarkan atas kinerja pilot
plant.
6. Operasipraktisdilakukanpadakecepatan fluidisasiminimumkelipatandua
atau lebih. Dalam reaktor, material yang keluar diperoleh kembali dengan
siklon dan dikembalikan ke proses. Pada dryers, partikel yang bagus kering
palingcepatsehinggamaterialyangkeluartidakdirecycle.
-
Perancangan Alat Proses
17
PENUKARPANAS
1. Ambilaliranberlawananarahyangnyatadalamshellandtubeexchangersebagai
basis.
2. TubestandarmemilkiOD3/4in.triangularspacing1in.,danpanjang16ft;shell
dengan diameter 1 ft mengakomodasi 100 sqft ; diameter 2 ft, 400 sqft ;
diameter3ft,1100sqft.
3. Sisi tube untuk fluida yang menyebabkan korosi, fouling, scaling dan fluida
bertekanantinggi.
4. Sisishelluntukfluidayangkentaldanuntukmengkondensasifluida.
5. Pressuredropadalah1.5psiuntukmendidihkandan39psiuntukkeperluan
lain.
6. Temperaturminimummendekati20 0Fdenganpendinginnormal,10 0Fatau
lebihkecildenganrefrigeran.
7. Temperaturairmasukadalah900F,temperaturkeluaranmaksimum1200F.
8. Koefisien pertukaran panas untuk tujuan estimasi, Btu/(hr)(sqft)(0F) : air ke
cairan,150;kondenser,150;cairankecairan,50;cairankegas,5;gaskegas,5
;reboiler,200.Fluksmaksimumdalamreboiler,10,000Btu/(hr)(sqft).
9. Doublepipeexchangerkompetitifpadakerjayangmembutuhkan100200sqft.
10. Compact(flateandfin)exchangermemiliki350sqft/cuft,dankirakiraempatkali
transferpanasnyadariunitshellandtubepercuft.
11. Plateandframeexchangercocokuntukoperasiyangbersih,danlebihmurah25
50%ddalamkonstruksibajadaripadaunitshellandtube.
12. Aircooler :OD tubeadalah0.751.00 in. totalpermukaanberfin1520sqft/sqft
permukaan terbuka, U = 80100 Btu/(hr)(sqft permukaan terbuka)(0F), daya
masukankipas25HP/(Mbtu/hr),mendekati500Fataulebih.
-
Perancangan Alat Proses
18
13. Firedheaters:lajuradiasi,12,000Btu/(hr)(sqft);lajukonveksi,4000;kecepatan
minyakdinginditube,6ft/sec;mendekatitransferpanasyangsamadalamdua
bagian;efisiensitermal7075%;temperaturfluegas2503500Fdiatasmasukan
umpan;temperaturstackgas6509500F.
-
Perancangan Alat Proses
19
INSULASI
1. Sampai6500F,kebanyakandigunakan85%magnesia.
2. Sampai160019000F,digunakancampuranasbesdantanahdiatomik.
3. Refraktorikeramikpadatemperaturyanglebihtinggi.
4. Perlengkapankriogenik(2000F)bekerjauntukinsulasidenganporiporiyang
baikdimanaakanmemerangkapudara.
5. Ketebalanoptimumbervariasidengan temperatur : 0.5 in.pada 200 0F, 1 in.
pada4000F,1.25in.padaa6000F.
6. Padakondisiberangin (7.5miles/hr),dibenarkanuntukmenambahketebalan
1020%.
PENCAMPURANDANPENGADUKAN
1. Agitasi yang ringan dicapai denganmensirkulasikan cairan dengan impeler
padakecepatansuperfisialsebesar0.10.2ft/sec,danagitasiintensifsebesar0.7
1.0ft/sec.
2. Intensitasdariagitasidenganimpelerdalamtangkiberpenghalangdiukuroleh
masukandaya,HP/1000gal,dankecepatantipimpeler:
Operasi HP/1000gal Tip speed
(ft/min)
Pencampuran 0.20.5
ReaksiHomogen 0.51.5 7.510
Reaksi dengan Pertukaran
Panas
1.55.0 10.15
-
Perancangan Alat Proses
20
Campurancairancairan 5 1520
Campurancairangas 5.10 1520
Slurry 10
3. ProporsirelatiftangkiberpengadukterhadapdiameterD:ketinggiancairan=
D;diameterimpelerturbin=D/3;ketinggianimpelerdiatasdasar=D/3;lebar
bilahimpeler=D/15;empatpenghalangvertikaldenganlebar=D/10.
4. Balingbalingdibuatmaksimum18in.,impelerturbinsampai9ft.
5. Gelembung gas muncul di dasar vessel akan terjadi di agitasi ringan pada
kecepatansuperfisialgas1ft/min,agitasiyangberatpada4ft/min.
6. Suspensipadatandengansettlingvelocitysebesar0.003ft/secdilaksanakanbaik
dengan impeler turbin atau impeler balingbaling, tetapi jika settling velocity
diatas0.15ft/secdiperlukanagitasiintensifdenganbalingbaling.
7. Dayauntukmencampurkangasdan cairanbisa lebih kecil 2550%daripada
dayayangdiperlukanuntukmencampurkancairansaja.
8. Inline blender memadai ketika waktu kontak kedua atau dua mencukupi,
denganmasukandaya0.10.2HP/gal.
-
Perancangan Alat Proses
21
PEMBESARANUKURANPARTIKEL
1. Metode utama dari pembesaran ukuran partikel adalah : kompresi menjadi
butiran,diekstrusi (dibentukdenganmengeluarkannyamelalui lubangkecil)
melalui cetakan dilanjutkan dengan pemotongan atau pemecahan menjadi
ukuranyangdiinginkan,pembutiranmaterialcairdiikutidengansolidifikasi,
aglomerasi dibawah kondisi berputar atau bisa juga pada kondisi teraduk
denganatautanpabahanpengikat.
2. Rotatingdrumgranulatormemiliki rasio panjangdandiameter 23, kecepatan
1020 rpm, sudut sebesar 100. Ukuran dikendalikan oleh kecepatan, waktu
tinggal,danjumlahpengikat;padaumumnyaberdiameter25mm.
3. Rotarydiskgranulatormenghasilkanlebihbanyakprodukyanghampirseragam
dibandingdrumgranulator.Fertilizerdibuat1.53.5mm ;bijihbesiberdiameter
1025mm.
4. Pemadatan bergulung dan pembriketan dilakukan dengan penggulung
berkisardaridiameter130mmdengan lebar50mmhinggadiameterdengan
lebar 550 mm. Ekstrudat dibuat dengan ketebalan 110 mm dan dikurangi
hingga ukuran yang diperlukan oleh prosesmanapun seperti umpanmesin
pembuattabletataukedryer.
5. Tablet dibuat dimesin rotary kompresor yangmengkonversikan bubuk dan
butiranmenjadi seragamukurannya.Diametermaksimumumumnya sekitar
1.5 in., tetapi ukuran khusus hingga diameter 4 in. mungkin saja. Mesin
beroperasi pada 100 rpm atau sekitar itu dan membuat hingga 10,000
tablet/min.
6. Ekstrudermebuat peletdenganmemaksa bubuk, pasta,dan lelehanmelalui
cetakandlanjutkandenganpemotongan.Screw8 in.memilikikapasitas2000
lb/hr dari plastik cair dan dapat mengekstrudat pipa tabung pada 150300
-
Perancangan Alat Proses
22
ft/mindanuntukmemotonghinggasekecilpencucipada8000/min.Penggiling
ekstrusi ring pellet memiliki diameter lubang 1.632 mm. Laju produksi
mencakuprentang30200lb/(hr)(HP).
7. Prilling tower mengkonversikan material cair menjadi droplet dan
memungkinkannya untuk tersolidkan dengan mengontakkan dengan aliran
udara. Digunakan tower setinggi 60 m. Secara ekonomi proses menjadi
kompetitifdenganprosespembutiran lainketikakapasitasmencapai200400
ton/day. Sebagai contoh prill amonium nitrat berdiameter 1.6.5 mm pada
rentang595%.
8. Pembutirandengan fluidizedbeddilakukandibedyangdangkalsedalam1224
in. pada kecepatan udara 0.12.5 m/s atau tiga kali kecepatan minimum
fluidisasi, dengan laju evaporasi 0.0051.0 kg/m2sec. Satu produk memiliki
rentangukurandiameter0.72.4mm.
-
Perancangan Alat Proses
23
PEMIPAAN
1. Kecepatanjalurdanpressuredrop,dengandiameterjalurDdalaminci;discharge
pompacairan,(5+D/3)ft/sec,2.0psi/100ft;suctionpompacairan,(1.3+D/)ft/sec,
0.4psi/100ft;steamataugas,20Dft/sec,0.5psi/100ft.
2. Controlvalvemembutuhkansetidaknya10psidropuntukkontrolyangbagus.
3. Globe valve digunakan untuk gas, diperlukan kontrol dan penutup ketat
dimanapun.
4. Gatevalvedigunakanuntukkeperluanlainnya.
5. Fittingdengan sekrupddigunakan hanya jikaukuran 1.5 in.dan yang lebih
kecildariitu,bisajugadenganflangeataupengelasan.
6. Flangedanfittingdibuatperingkat150,300,600,900,1500,atau2500psig.
7. Nomorschedulepipamendekati=1000P/S,,dimanaPadalahtekananinternal
psigdanSadalahtegangankerjayangdiperbolehkan(sekitar10,000psiuntuk
A120bajakarbonpada5000F).Padaumumnyaschedule40.
-
Perancangan Alat Proses
24
POMPA
1. Daya untuk memompa cairan; HP = (gpm)(psi difference)/1714)(fractional
efficiency).Normalpump suctionhead (NPSH)dari pompa harusmelebihidari
angka tertentu, tergantung pada jenis pompa dan kondisinya, jika ingin
menghindari kerusakan. NPSH = (tekanan pada mata impelertekanan
uap)/(densitas).Rentangyangumumadalaah420ft.
2. Kecepatan spesifikNs = (rpm)(gpm)0.5/(head in ft)0.75. Pompamungkin rusak
jika melewati batas tertentu dari Ns, dan efisiensi terbaik pada beberapa
rentang.
3. Pompa sentrifugal ; Single stage utnuk 15000 gpm, head maksimum 500 ft ;
multistageuntuk2011,000gpm,maksimumhead5500 ft.Efisiensiadalah45%
pada100gpm,70%pada500gpm,80%padaa10,000gpm.
4. Pompaaksialuntuk20100,000gpm,head50,000ft,efisiensi5080%.
5. Pompareciprocatinguntuk1010,000gpm,headmaksimum1,000,000ft.Efisiensi
70%pada10HP,90%pada500HP.
-
Perancangan Alat Proses
25
REAKTOR
1. Lajureaksidalamsetiap tahapawalharusdilaksanakandi laboratorium,dan
waktu tinggal atau spacevelocitydandistribusiprodukpada saatyang sama
harusditemukandalampilotplant.
2. Dimensipartikelkatalisadalah0.1mmdalamfluidizedbed,1mmdalamslurry
bed,dan25mmdalamfixedbed.
3. Proporsi optimum dari reaktor tangki berpengaduk adalah dengan tinggi
cairanyangsetaradengandiametertangki,tetapipadatekanantinggiproporsi
yanglebihrampingadalahekonomis.
4. Masukandayaketangkireaksihomogenberpengadukadalah0.51.5HP/1000
gal,tetapitigakalidarijumlahiniketikapanasakanditransfer.
5. SifatCSTR(ContinousStirredTankReactor)idealdigunakansebagaipendekatan
ketika waktu tinggal ratarata 510 kali dari waktu yang dibutuhkan untuk
mencapai homogenitas, yang dilakukan dengan 5002000 revolusi dari
pengadukyangdidisainmencukupi.
6. Reaksibatchdilakukandalamtangkiberpengadukuntuklajuproduksiharian
yangkecilatau jikawaktureaksi lamaatau jikabeberapakondisiseperti laju
umpanatautemperaturharusdiprogramdengansuatucara.
7. Reaksicairandanslurryyangrelatif lambatdilakukandi tangkiyangdiaduk
kontinu. Empat atau lima baterai yang disusun seri adalah yang paling
ekonomis.
8. Reaktortubularflowcocokuntuklajuproduksitinggipadawaktutinggalyang
sebentar (detik ataumenit)dandibutuhkan transferpanas yang substansial.
Kemudiandigunakankonstruksitubeyangdapatdisisipkanataushellandtube.
-
Perancangan Alat Proses
26
9. Padareaktorpackedkatalisbutiran,distribusiwaktutinggalseringtidak lebih
baikdaripadalimastagebateraiCSTR.
10. Untukkonversidibwah sekitar 95%darikesetimbangan,performadari lima
stagebateraiCSTRmendekatiplugflow.
-
Perancangan Alat Proses
27
REFRIGERASI
1. Satutonrefrigerasiadalahmemindahkan12,000Btu/hrpanas.
2. Padaketinggiantemperaturyangbervariasi:0500F,garamdingindanlarutan
glikol;50400F,amonia,freon,butane;150500F,ethaneataupropane.
3. Refrigerasiterkompresidengankondenser100 0FmemerlukanHP/tonberikut
padaberbagaiketinggiantemperatur:1.24pada200F;1.75pada00F;3.1pada
400F;5.2pada800F.
4. Dibawah800F,diperlukancascadedariduaatautigarefrigeran.
5. Padakompresisinglestage,rasiokompresidibatasihingga4.
6. Padakompresimultistage,ekonomiditingkatkandengan flashingdanrecycling
diantarastage,sehinggadisebutoperasipengekonomis.
7. Refrigerasi absorpsi (amonia sampai 0 0F, litium bromida hingga +45 0F)
adalahekonomisketikabuangansteamtersediapada12psigatausekitaritu.
-
Perancangan Alat Proses
28
PEMISAHANUKURANPARTIKEL
1. Grizzliesyangkonstruksinyaterdiridaripalangpararelpadajarakyangcukup
digunakanuntukmemisahkanprodukyangdiameternyalebihbesardari5cm.
2. Saringan silinder yang berputar berotasi pada 1520 rpm dan dibawah
kecepatankritis;cocokuntukpenyaringanbasahataukeringpadarentang10
60mm.
3. Penyaring datar yang bergetar atau dikocok atau dipengaruhi bola yang
melompatlompat. Penyaring cenderung bergetar pada 6007000 strokes/min
dandigunakanuntuk38mkebawahmeskipunkapasitasturundengantajamdibawah 200 m. Penyaring reciprocating beroperasi dalam rentang 301000strokes/min danmenangani ukuran dibawah 0.25mm pada kecepatan yang
lebihtinggi.
4. Ayakanberputarberoperasipada500600rpmdancocokuntukrentang12mm
hingga50m.
5. Pengkategorian udara dipilih untuk ukuran yang bagus karena saringan
dengan150meshdanfinermudahrusakdanlambat.
6. Kategoribasahkebanyakandigunakanuntukmembuatdua rentangproduk,
ukuran berlebih dan ukuran kurang, dengan pemisahan umumnya pada
rentang antara 28 dan 200 mesh. Kategori rake beroperasi pada sekitar 9
strokes/min dan ketika melakukan pemisahan pada 200 mesh, dan 32
strokes/min pada 28 mesh. Kandungan padatan tidak kritis, dan overflow
mungkinsebesar220%ataulebih.
7. Hidrosiklonmenanganihingga 600 cuft/mindandapatmemisahkanpartikel
dalam rentang 3005 m dari suspensi terlarut. Dalam sebuah kasus, unitberdiameter20in.memilikikapasitas1000gpmdenganpressuredropsebesar5
psidanpotonganantara50150m.
-
Perancangan Alat Proses
29
UTILITAS:SPESIFIKASIUMUM
1. Steam:1530psig,2502750F;150psig,3660F;400psig,4480F;600psig,4880F
ataudengansuperheat1001500F.
2. Airpendingin:Suplaipada80900Fdaricoolingtower,kembalipada1151250F
;airlautyangkembalipada1100F,airdengansifattertentuyangkembaliatau
kondensatsteamdiatas1250F.
3. Suplaiudarapendinginpada85950F;temperaturmendekatiproses,400F.
4. Udaraterkompresipada45,150,300,atau450psig.
5. Udarainstrumenpada45psig,titikembun00F.
6. Bahanbakar :gas sebesar 1000Btu/SCFpada 510psig, atauhingga 25psig
untukbeberapatipeburner;cairanpada6millionBtu/barrel.
7. Fluidapenukarpanas :petroleumoildibawah6000F,Dowthermsdibawah750
0F,leburangaramdibawah11000F,directfireatautenagalistrikdiatas4500F.
8. Tenagalistrik:1100HP,220550V;2002500HP,23004000V.
-
Perancangan Alat Proses
30
VESSEL(DRUMS)
1. Drum adalah vessel yang relatif lebih kecil untuk menyediakan kapasitas
mendesakataupemisahandarifasaentrained.
2. Drumcairanbiasanyahorisontal.
3. Pemisahgas/cairanbentuknyavertikal.
4. Panjang/diameteryangoptimum=3,tetapidalamrentang2.55.0adalahbiasa.
5. Waktuuntukmenahanadalah5menituntukmengisi setengahpenuhuntuk
reflux drum, 510 menit untuk produk yang menjadi umpan untuk tower
lainnya.
6. Drumumpandapur,30menituntuksetengahpenuhdiperbolehkan.
7. Knockoutdrumsebelumkompresorsebaiknyatidakbolehlebihdari10kalidari
volumecairanyangmelaluinyauntuksetiapmenitnya.
8. Pemisahcairan/cairandidisainuntuksettlingvelocity23in./min.
9. Kecepatangaspadapemisahgas/cairan, sec/1/ ftV VL = dengank=0.35denganmeshdeentrainer,k=0.1tanpameshdentrainer.
10. Pemisahan entrainmentdari99%dicapaidenganketebalanmeshpaddari412
in.;ketebalan6in.populer.
11. Untuk padvertikal,nilaidarikoefisiendariLangkah 9dikurangioleh faktor
2/3.
12. Performa yang bagus dapat diharapkan pada kecepatan 30100% dari hasil
perhitungandengankyangdiberikan;75%populer.
13. Jarakpelepasanyangcocokadalah618in.sebelumpaddan12in.diataspad.
-
Perancangan Alat Proses
31
14. Siklonseparatordapatdidisainuntukpengumpulan95%partikelberukuran5
m, tetapi biasanya hanya droplet yang lebih besar dari 50 m yang perludipisahkan.
VESSEL(BERTEKANAN)
1. Temperaturdisainantara200Fdan6500Fadalahdiatastemperaturoperasi;
margin aman yang lebih tinggi digunakan diluar rentang temperatur yang
diberikan.
2. Tekanan disain adalah 10% atau 1025 psi melebihi tekanan operasi
maksimum, yang mana lebih besar. Tekanan operasi maksimum, pada
gilirannya,diambilsebesar25psidiatasoperasinormal.
3. Tekanan disain dari vessel yang beroperasi pada 010 psig dan 6001000 0F
adalah40psig.
4. Untukoperasivakum,tekanandisainadalah15psigdanvakumpenuh.
5. Ketebalanminimumdindinguntukketegaran :0.25 in.untukdiameter42 in.
dandibawahnya,0.32in.untukdiameter4260in.,dan0.38in.untukdiameter
lebihdari60in.
6. Korosiyangdiperbolehkan0.35 in.untukkondisikorosiyangdiketahui,0.15
untukalirannonkorosif,dan0.006in.untuksteamdrumdanpenerimaudara.
7. Tegangankerjayangdiperbolehkanadalahseperempatdarikekuatanultimate
darimaterial.
8. Teganganmaksimal yang diperbolehkan bergantungdengan tajam terhadap
temperatur.
-
Perancangan Alat Proses
32
Temperature(0F) 20650 750 850 1000
Low alloy steel SA203
(psi)
18,750 15,650 9550 2500
Type302stainlesssteel 18,750 18,750 15,900 6250
VESSEL(TANGKIPENYIMPANAN)
1. Untukyangkurangdari1000gal,gunakantangkivertikaldengankakikaki.
2. Antara1000dan10,000gal,gunakantangkihorisontaldengansupportbeton.
3. Diatas10,000gal,gunakantangkivertikaldenganpondasibeton.
4. Cairanmengacukebreathinglossesdapatdisimpandalam tangkidenganatap
mengapungataumengembanguntukkonservasi.
5. Freeboardadalah15%dibawahkapasitas500galdan10%diataskapasitas500
gal.
6. Kapasitastigapuluhhariseringdispesifikasiuntukbahanmentahdanproduk,
tetapitergantungpadajadwalperlengkapantransportasipenghubung.
7. Kapasitas tanki penyimpanan paling tidak 1.5 kali dari ukuran dari
perlengkapantransportasipenghubung ;sebagaicontoh,truktangki7500gal,
34,500galmobiltangki,dankapasitastongkangdantankeryangtidakterbatas
secaravirtual.