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.