Termodinamika Teknik Kimia
-
Upload
bima-paduana -
Category
Documents
-
view
116 -
download
10
Transcript of Termodinamika Teknik Kimia
KASUS - VAPOR LIQUID EQUILIBRIA TERMODINAMIKA TEKNIK KIMIA
DISUSUN:
AULIA BISMAR PADUANA 120405037 NICKO SANJAYA ADI PUTRA 120405039
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
2013-2014
Problem 1: Vapor-liquid equilibria Thermodynamics Course Chemical Engineering Department – USU
(Sumber : Kamarza Mulia) The recent news on Fire at Cilacap Refinery
, M Zaid Wahyudi, Tangki untuk Meminimalkan Kebakaran, Selasa, 12 April 2011 | 12:21 WIB
Dahsyatnya kebakaran tiga tangki di kilang minyak PT Pertamina Refinery Unit IV Cilacap, Jawa Tengah, dapat dikurangi jika tangki yang digunakan beratap mengambang (floating roof). Namun, tangki yang lebih aman dari kebakaran ini harganya jauh lebih mahal dibandingkan yang saat ini digunakan Pertamina. Untuk menyimpan bahan bakar hidrokarbon, model tangki beratap mengambang lebih disarankan daripada tangki beratap tetap (fixed roof). Dengan model ini, atap tangki akan naik turun mengikuti ketinggian bahan bakar yang tersimpan di dalamnya. Dengan tangki atap mengambang, salah satu dari tiga unsur segitiga kebakaran, yaitu uap bahan bakar, dapat ditekan. Karena uap bahan bakar tidak ada, meski dua unsur lainnya ada, yaitu oksigen dan pemicu api, kebakaran tak akan terjadi. Pada tangki dengan atap tetap, ruang kosong antara permukaan bahan bakar dan atap tangki akan terisi uap bahan bakar. Jika uap bersentuhan dengan udara, hanya menunggu ada pemicu untuk menimbulkan kebakaran. Konsultan Kebakaran dan Keselamatan, A Yuliandi Bachtiar, saat dihubungi dari Jakarta, Selasa (5/4), mengatakan, penggunaan tangki dengan atap mengambang menjadi acuan
kilang minyak yang menggunakan standar Inggris.
Problem statement… You are in charge of preparing a report to the HSE head officer concerning the possibility of fire accident in one your company's hydrocarbon storage tank, similar to what happened at the Cilacap refinery last April. You came across the article written by Zaid Wahyudi and immediately saw that the third paragraph is really relevant to you because all of the storage tank used by company are of the fixed roof type. You know that fire will occur if the three component of fire, fuel-oxygen-ignition source coexist. You are interested in knowing the pressure and the composition of vapor above the liquid pool of an equimolar propane and n-butane mixture. How do you proceed to solve the problem? Please state all of your assumptions.
Sistem (komponen sistem)
Tekanan uap dari komponen dalam sistem (Antoine eq)
Komposisi kesetimbangan
Perubahan tekanan uap pada berbagai temperatur yang mungkin terjadi
Fixed roof ---------- floating roof
∆V yang dibutuhkan untuk setiap tekanan uap pada berbagai T
Extended problem… You are also in charge of a storage tank containing an equimolar chloroform and ethanol mixture at
45C. In this case, how do you proceed to solve the problem? Hint use the Margules equation and data given in the attachment, however, you have to reproduce the P-composition plot shown using excell!
Anda bertanggung jawab untuk mempersiapkan laporan kepada petugas kepala HSE
mengenai kemungkinan kebakaran di salah satu tangki penyimpanan hidrokarbon perusahaan anda,
mirip dengan apa yang terjadi di kilang Cilacap April lalu. Anda mendapatkan artikel yang ditulis oleh
Zaid Wahyudi dan segera melihat bahwa paragraf ketiga benar-benar relevan bagi Anda karena semua
tangki penyimpanan yang digunakan oleh perusahaan adalah dari jenis atap tetap.
Anda tahu api yang akan terjadi jika tiga komponen api, bahan bakar - oksigen - pemicu api
hidup berdampingan. Anda tertarik untuk mengetahui tekanan dan komposisi uap di atas kolam cair
dari propana equimolar dan campuran n-butana. Bagaimana Anda melanjutkan untuk memecahkan
masalah ? Sebutkan semua asumsi Anda.
Asumsi:
Tangki yang digunakan di pabrik kami adalah atap tetap (fixed roof type).
Pabrik kami menggunakan tangki penyimpanan untuk menyimpan propana dan n–butana.
Kami mencegah terjadinya kebakaran di pabrik kami yang menggunakan tangki atap tetap.
o Sistem (Komponen Sistem)
Sistem yang kita amati pada kasus ini adalah propana dan n-butana, kebakaran yang terjadi
pada kasus ini disebabkan propana dan n-butana yang ada ditangki dalam fasa iquid telah berubah
menjadi fasa gas, jadi yang bisa kita lakukan adalah memperkecil gas yang terbentuk dalam tangki
dengan cara memperkecil jarak antara liquid dengan atap tangki tersebut, menjaga agar gas dari
propana dan n-butana tidak terpicu oleh api. Gas tersebut akan terbakar bila bersentuhan dengan
suhu nyalanya (Flash Point).
Titik nyala komponen yang berada dalam tangki.
Fuel Flash Point
(oF)
n-butana -76
Propana -156
(Engineering toolbox)
Dari nilai flash point yang didapatkan dari table n-butana dan propana memiliki
flash point yang sangat rendah, yang harus dilakukan adalah mejaga agar tangki memiliki
suhu dibawah flash point-nya.
o Tekanan uap dari komponen dalam sistem (Antoine eq)
Antoine Equation Parameters
Data compilation copyright by the U.S. Secretary of Commerce on behalf of the U.S.A. All rights
reserved.
log10(P) = A − (B / (T + C))
P = vapor pressure (bar)
T = temperature (K)
Temperature (K) A B C
135.42 - 212.89 4.70812 1200.475 -13.013
272.66 - 425. 4.35576 1175.581 -2.071
195.11 - 272.81 3.85002 909.65 -36.146
(Das, Reed, et al., 1973)
Pada suhu 30 oC,
𝑙𝑛𝑃 𝑠𝑎𝑡 = A −B
C+T = 4,35576 −
1175,581
−2,071+ 303 = 0,45126 bar = 0,43705 atm
P= exp (1,404) = 1,548 atm
o Komposisi Kesetimbangan
Asumsi: tekanan (P)= 2 atm, keadaan yang dicari bubble point (xn-butana = 0,6 ; xpropana = 0,4)
Psat=1,548 atm.
Berdasarkan hokum Roult:
yi . P = xi . Psat
yi propana= yi . 2 = 0,4 . 1,548 = 0,3096
yi n-butana= yi . 2 = 0,6 . 1,548 = 0,4644
nilai kesetimbangan (K)
𝐾𝑖 = 𝑦𝑖
𝑥𝑖=
0,4644
0,6= 0,774
o Perubahan Tekanan Uap pada Berbagai Temperatur yang Mungkin Terjadi
Asumsi: karena tangki penyimpanan berada pada suhu 30 oC dan 50 oC, maka perubahan
tekanan uap dapat dicari.
Psat (30 oC)
𝑙𝑛𝑃 𝑠𝑎𝑡 = A −B
C+T = 4,35576 −
1175,581
−2,071+ 303 = 0,45126 bar = 0,43705 atm
P= exp (1,404) = 1,548 atm
Psat (50oC)
𝑙𝑛𝑃 𝑠𝑎𝑡 = A −B
C+T = 4,35576 −
1175,581
−2,071+323 = 0,6927 bar = 0,6709 atm
Psat = exp (0,6709) = 1,955 atm
Perubahan tekanan uap pada 50 oC dan 30 oC sebesar 1,955 atm – 1,548 atm = 0,407 atm
o Fixed Roof dan Floating Roof
Berdasarkan bentuk atapnya tangki dapat di bagi:
1. Fixed Roof Tank, dapat digunakan untuk menyimpan semua jenis produk, seperti crude oil,
gasoline , benzene, fuel dan lain – lain termasuk produk atau bahan baku yang bersifat korosif
, mudah terbakar, ekonomis bila digunakan hingga volume 2000 m3, diameter dapat mencapai
300 ft (91,4 m) dan tinggi 64 ft (19,5 m). Dibagi menjadi dua jenis bentuk atap yaitu:
a. Cone Roof, jenis tangki penimbun ini mempunyai kelemahan, yaitu terdapat vapor space
antara ketinggian cairan dengan atap. Jika vapor space berada pada keadaan mudah
terbakar, maka akan terjadi ledakan. Oleh karena itu fixed cone roof tank dilengkapi
dengan vent untuk mengatur tekanan dalam tangki sehingga mendekati tekanan atmosfer.
Jenis tangki ini biasanya digunakan untuk menyimpan kerosene, air, dan solar.
Gambar 1. Tangki Cone Roof
b. Dome Roof adalah atap yang dibentuk menyerupai permukaan bulatan dan hanya
ditopang pada keliling kubah.yang biasanya digunakan untuk menyimpan cairan kimia.
Gambar 2. Tangki Dome Roof
2. Floating Roof Tank, yang biasanya digunakan untuk menyimpan minyak mentah dan premium.
Keuntungannya yaitu tidak terdapat vapour space dan mengurangi kehilangan akibat
penguapan. Floating roof tank terbagi menjadi dua yaitu external floating roof dan internal
floating roof. Floating roof dapat dibagi menjadi:
External Floating Roof (FR) Internal Floating Roof (IFR)
Tidak ada vapor space, sehingga
mengurangi potensi kebakaran
pada area internal tangki.
Tidak ada vapor space sekaligus menghilangkan
aroma fuel oil di atas tangki hingga 100%
Jika musim hujan, air akan tergenang di
bagian atap tangki yang horizontal.
Kemungkinan air tergenang tidak ada karena karena
tipe fixed roof berupa dome maupun cone.
Terdapat pipa fleksibel di atap tangki
yang digunakan untuk membuang
genangan air di atap tangki, pipa ini
rawan terjadi kebocoran.
Biaya material dan konstruksi relatif lebih murah
(Bahan IFR berupa alumunium)
Biaya material dan konstruksi lebih
mahal (Bahan FR berupa baja).
Gambar 3. Internal Floating Roof
Gambar 4. External Floating Roof
Jadi pada kasus ini, tangki yang kami gunakan untuk mecegah terjadinya kebakaran
adalah tangki floating roof, karena dapat meminimalisir vapor dari propana dan n-butana
dengan cara atap dari floating roof yang dapat mengikuti volume dari komponen yang berada
dalam tangki dan meniadakan jarak antara tangki dan atapnya. Dan lebih baik digunakan
internal floating roof karena propana dan n-butana yang masuk kedalam tangki itu akan cepat
berubah dan internal floating roof dapat lebih mudah mudah dan murah dari pada external
floating roof.
o ∆V yang dibutuhkan untuk setiap tekanan uap pada berbagai T ∆V di pengaruhi oleh tekanan dan suhu, V berbanding lurus dengan suhu dan berbandiing
terbalik dengan tekanan. Semakin besar suhu dari tangki maka akan semakin besar volume dari
komponen dan tekanan uap komponen akan semkin besar pula. Sedangkan untuk tangki yang
digunakan untuk komponen bertekanan tinggi dan suhu tingg serta dapat digunakan pada
volume yang besar adalah:
a. Tangki Peluru (Bullet Tank) lebih dikenal sebagai pressure vessel berbentuk horizontal
dengan volume maksimum 2000 barrel. Biasanya digunakan untuk menyimpan LPG,
Propane, butane, H2, ammonia dengan tekanan di atas 15 psig.
b. Tangki Bola (Spherical Tank) merupakan pressure vessel yang digunakan untuk
menyimpan gas-gas yang dicairkan seperti LPG, LNG, O2, N2 dan lain-lain. Tangki ini
dapat menyimpan gas cair tersebut hingga tekanan 75 psi. volume tangki dapat
mencapai 50.000 barrel. Untuk penyimpanan LNG dengan suhu -190 (cryogenic) tangki
dibuat berdinding ganda dimana di antara kedua dinding tersebut diisi dengan isolasi
seperti polyurethane foam. Tekanan penyimpanan di atas 15 psig.
For expand problem, we were using margules equation for storage tank containing chloroform and
ethanol mixture in 45 C.