PACKED BED ABSORBER. Dr.-Ing. Suherman, ST, MT Teknik Kimia Universitas Diponegoro. Edisi : Juni 2009

Transkripsi

1 PACKED BED ABSORBER Dr.-Ing. Suherman, ST, MT Teknik Kimia Universitas Diponegoro Edisi : Juni 009

2 Packed Bed Absorber. Pendahuluan Bagian packed bed absorber Problem Umum. Menghitung Tinggi Penurunan Persamaan Desain Definisi N OG dan H OG 3. Menghitung Diameter Pressure Drop di Packed Bed Korelasi Umum

3 . PENDAHULUAN 3

4 Packed Bed Absorber Packed tower: berupa tube atau pipa ang diisi dengan beberapa packing. Cairan masuk dari bagian atas, sedangkan gas masuk dari bagian bawah. Hitung: Laju alir air Diamater tower Tinggi packing 4

5 Packing Ada 3 jenis. Raschig ring: potongan pipa L D 0,5- in. Berl saddle 3. Pall ring Packing memberikan kontak g bagus antar kedua fasa Sehingga luas permukaan menjadi maksimum 5

6 Distributor Tujuan: menghindari i terjadina channeling Redistributor ditempatkan setiap 0-5 ft 6

7 Problem Umum Packed bed tower berisikan in raschig ring. Laju alir umpan, kali nilai minimum. Air dengan 0,0% acetone Tekanan parsial acetone di larutan: p A = P 0 A γ A x A dim ana ln γ A =,95 ( x) P 0 A = 0,33 atm, tekanan uap acetone pada 80 F 80 F atm Hitung:. Laju alir air. Diamater tower 3. Tinggi packing 500 SCM udara mengandung 4% mool acetone Diambil 95% acetone 7

8 Overview Jawaban. Pemilihan laju alir larutan : L =, -,5 kali L min. Diameter tower: berdasarkan pada basis pressure drop. Z p T in H O = 0,5 0,5 ft packing 3. Ketinggian tower ditentukan oleh laju transfer massa. Konsep transfer unit Z = H T OG x N OG Konsep HETP Z T = N x HETP 8

9 (A) Laju alir minimum - SCFM = standard cubic feet per minute Gas ideal: PV = nrt V n = RT P = R 3 ( 73K) liter ft =,4 = 359 ( atm) gmol lbmol 500ft = 359ft V 3 3 min lbmol =,39 lbmol min Berapa laju alir minimum cairan ang dibutuhkan? Untuk menghitungna perlu memplot garis operasi dan kurva kesetimbangan V L 9

10 (A) Laju alir minimum - p Kurva Kesetimbangan A = P 0 A γ A x A dim ana ln γ x akta pa = pa/p A =,95 ( x) P 0 A = 0,33 atm, tekanan uap acetone pada 80 F x 0

11 (A) Laju alir minimum -3 Garis Operasi L Y = X + Y V x X = Y x = 0. x = X = = 0.4 Y = Y = 0.05 Y = Kurva kesetimbangan (EC) berada di bawah X garis operasi (OL). Selanjutna, minimum slope tercapai ketika OL meninggung EC. Akhirna, X bisa dibaca pada OL. L Y Y = = =.9 Y =.9X V X X min Y L min =.9 V =.9 x.39 lbmol/min =.66 lbmol/min Atau.66 lbmol/min x 8 lb/lbmol x 8.33 lb/gal = 5.75 gal/min

12 (B) N OG - N OG = d * = (95% terambil dari cairan) Dalam soal ini misalkan x = Maka L dihitung x x L = V 80 F x x () atm Air x = Maka akan didapat L/V =.06 * = 0.33exp[.95( x )]x () Aceton di udara = 0.4 V =.39 lbmol/min x = 0.07

13 (B) N OG - x/(-x) x * /(-*) Integrasi * X x f ( ) ( x 0 ) + f ( x) ( ) f ( x) + f ( x ) f x dx = x x 0 + ( x x x ) 0 50 Y d N = OG =.0 * /( -*)

14 (C) H OG - H V S K a OG = = g G K a g Bila K g a = 0.04 lbmol/s m 3 D T = m Maka S = π r = m G = V/S =.39 lbmol/min/60/ G = lbmol/s m H OG = m Z T = H OG x N OG = x = 5.5 m 4

15 Menghitung g Tinggi 5

16 Ketentuan Penurunan Ketentuan:. Transfer mass dari fase L ke V diberi tanda positif. Integrasi persamaan dihitung dari bagian bawah (posisi ) ke atas (posisi ) 3. Aliran ke atas adalah fase V sedang ke bawah adalah a fase L V V+dV L+dL L x Notasi: V, L = laju alir molar (lbmol/hr) (atau mol/s), x = fraksi mol fase V, L Z = tingi tower, ft (atau m) V L dz Catatan: Komposisi bisa berupa: - Tekanan parsial untuk gas - Konsentrasi mol/volume - Rasio mol V L x 6

17 Penurunan Persamaan Desain Neraca total dv = dl Neraca komponen ( V) d( Lx) d = V V = Lx Lx = Lx V V + L x + Laju perubahan kompenen di fasa d ( ) ( ) ( * V = k da = K )da da = a Sdz i a: luasan interface per unit volume packing S: luasan penampang melintang tower kosong Karena a sering tidak diketahui, maka + dikenalkan konstanta t komposit k a d z ( ) ( ) ( * V = k a i Sdz = K a )Sdz ( ) ( ) d V = = ( ) d V dz * k as K as ( ) 0 i 7

18 Penurunan Persamaan Desain Asumsi V, L konstan : tidak valid ( ) V' = V ( V) = V'd = V' d * V = K a S d d z ( ) V K a S ( ) dz d dz = 0 * ( )( ) = V d ( ) ( ) z dz 0 = H OG dn OG 8

19 Penurunan Persamaan Desain Untuk memudahkan intergrasi, maka diharapkan nilai H OG konstan Dari penurunan Chapter 3 Buku Foust: dasar mekanisme perpindahan massa ( ) kons tan K a = z dz lm V ( ) d = lm 0 * K a S z dz = V a S ( ) ( )( ) lm ( ) d lm ( ) ( )( ) * 0 K lm z = H OG dn OG ( ) lm = ( ) ( * ) ln ( ) ( * ) 9

20 Definisi H OG &N OG NTU - Ukuran tingkat kesulitan proses separasi - Semakin tinggi tingkat kemurnian produk ang diinginkan, semakin besar NTU ang diperlukan HTU - Ukuran efektifitas separasi dari packing tertentu untuk spesies kimia i ang diproses - Semakin tinggi laju perpindahan massa dan luas permukaan perpindahan, maka HTU akan semakin kecil 0

21 Z T =H OG xn OG Number of transfer unit Height of transfer unit Di Driving i Force N G ( ) d lm ( )( i ) V a S H G k ( ) lm i i ( ) d N lm OG ( )( ) * d x ( ) N L x lmdx x ( x)( x x) i V H OG K a S ( )lm V H L k x a S( x) lm x ( ) N OL x lmdx V * H ( )( ) x OL x x x K x a S ( x ) lm * x xi * x x

22 Cara menghitung N OG. Secara grafis versus ( ) = * ( ) ( ) lm ln ( ) * ( ). Metoda Wiegand Bahwa nilai (-) lm sama dengan nilai rata-rata aritmatik dari (-) dan (-*) N OG = d + ln ( ) * ( ) ( ) Biasana, suku terakhir bisa diabaikan 3. Metoda Log-Mean Driving Force Jika larutanna encer, dimana mol fraksi hampir sama dengan rasio mol, dan garis operasi dan kurva keseimbangan adalah lurus * * NOG= * * ( ) ( ) ( ) = lm ( ) lm * ( ) ln * ( )

23 Hubungan H OG,H G,H OL,H L H = H + OG G mv L H L H = H + OG G mv L H Lihat di Geankoplis (under construction) L 3

24 3 Menghitung g Diameter 4

25 Pressure Drop di Packed Bed Aliran di packed bed absorber: lawan arah Cairan jatuh ke bawah karena gravitasi Gas mengalir ke atas dengan sedikit pressure drop Laju alir massa (lb/hr m ) G = M V S packing gas cairan 5

26 Hubungan G x, G dan p 6

27 Terjadina fenomena Flooding Aliran gas ke atas gas ang memiliki gaa dorong terhadap cairan akan memperlambat laju alir cairan. Semakin besar laju alir gas semakin besar gaa dorong. Ketika gaa dorong mendekati gravitasi, maka cairan akan mengalir lebih lambat, dan cairan mulai terakumulasi di tower 7

28 Terjadina fenomena Flooding Flooding : p f /L 3i in HO/ft packing Loading : p f /L 0.5 in H O/ft packing Normal : p f /L in H O/ft packing Liquid holdup: fraksi intersticial volume ang terisi cairan Intersticial volume: ruang kosong antara packing Loading: kenaikan holdup cairan karena naikna laju alir gas Flooding: aliran ke bawah cairan berhenti karena tinggina aliran ke atas gas 8

29 Pengaruh ukuran packing Semakin besar ukuran packing, semakin toleran terhadap laju alir gas ang lebih tinggi. 9

30 Korelasi umum p Untuk berbagai jenis packing Setiap packing memiliki nilai F p = faktor packing G x, G : lb/ft -s µ x : cp ρ x, ρ : lb/ft 3 g c : 3. lb f -ft/lb-s 30

31 Faktor Packing 3

32 Menghitung Diameter Tower Diketahui i L, V Hitung D T sehingga p/z T in H O/ft packing p/z T =f(g,g x ) M xl M V M V G M L L G = = x S x = = S π D M V = T G M V V 4 S. Hitung absis (L/V). Plot ke dalam kurva, dan tentukan p ang diinginkan 3. Baca ordinat 4. Hitung G 5. Hitung D T πd 4 T = S = M G V 3