LAMPIRAN REAKTOR. : Reaktor Fixed Bed Multitube

Transkripsi

1 LMIRN REKOR ehitungan Reakto Jenis : Reakto ixed Bed Multitube Kondisi Opeasi : Suhu = o C ekanan Reaksi = 5 atm = Eksotemis Non isothemal Non diabatis 1 esamaan-pesamaan Matematis Reakto a esamaan neaca massa pada elemen volum +Δ Rate of input ate of output ate of eaction = ate of accumulation 110

2 111 Dimana : Sehingga dipeoleh : d d V 0 lim 0 0 dx d x d dx d dx

3 11

4 * Kecepatan eaksi - : E a k o exp popylene R Ko = 350E+0 m3/kmoljam Ea = 9 Kj/mol metanol = y popylen C C 3 6 C 9 1 komponen Mula-mula beeaksi sisa opylene 0-0 X 0-0 X Benene B B0 ½ B0 X B0 + ½ B0 X y y popylen popylen X + 1 X 0 0 B0 otal 0 = 0 + B0 jadi : X 01 popylen 0 113

5 Sehingga kecepatan eaksi menjadi 01 X E a k oexp R 0 Dai penjabaan di atas didapat : dx d dx d 0 E a k oexp R 1 x b esamaan neaca panas pada elemen volum eat of input eat of output + eat of geneation - eat tansfe = cc 11

6 115 icpid d = icpi - ef = Q = Dimana : 0 lim 0 0 R R R R R R R OD Ud d d OD Ud d d OD Ud OD Ud OD Ud OD Ud OD Ud V Cpi i OD Ud d dx d d OD Ud d d Cpi i R R 0

7 c esamaan neaca panas pendingin p eat of input eat of output + eat tansfe = cc Wp Cp Wp Cp Wp Cp p p p p p p Wp Cp Wp Cp Wp Cp dp Ud OD d Wp Cp p p p p p p p p lim Wp Cp p p Wp Cp 0 dp Ud OD d Wp Cp Ud OD Ud OD p Ud OD p Ud OD

8 d essue dop essue dop pada eakto dicai menggunakan pesamaan Egun ogle, p159 d d Gt g D g Gt 3 D esamaan 1,, 3 dan meupakan pesamaan difeensial simultan maka digunakan metode Eule untuk menyelesaikannya, sehingga dipeoleh konvesi eaksi, panjang eakto, suhu eaksi kelua dan suhu pendingin kelua Data-data Sifat isis Bahan a viskositas gas n gas = + B + C micopoise fomula B C benene E-06 toluene E-06 popilene E-05 popana E-0 cumene E-05 DIB E

9 b Kapasitas panas campuan gas Cp = + B + C + D 3 + E Joule/molK fomula B C D E 1981Epopilene E E-11 popana E E E-11 benene E E E-1 toluene E E E-1 cumene E E E-11 c anas Reaksi Reaksi yang tejadi besifat eksotemis, panas yang dikeluakan adalah sebagai beikut: R Cp d R98 98 anas pembentukan pada keadaan standa Δf coulson and ichadson,

10 Komponen ΔkJ/kmol popilene popana benene toluene cumene DIB total ΔR 98 = Δf C Δf C 3 6 +C 6 6 Cp d ef a = 8,5550; b = 0,100161; c = -5,008 x 10 e = -6,906 x 10 ef a d -1 ef b d ef c d ef -5 d 3 d e ; d =,15 x 10 ef d -8 ; ef Cp d ef 8,5550 d ef 0, d ef - 5,008 x 10-5 d ef,15 x d - 6,906 x 10 d ef 119

11 d Data sifat katalis sam phospat kieseguhl Diamete = 0,3 cm Densitas atikel = 1600 kg/m 3 oositas = 0,5 3 Dimensi Reakto a Menentukan ukuan dan jumlah tube * Menentukan ukuan tube Diamete dipilih bedasakan petimbangan aga pepindahan panas bejalan baik engauh asio Dp/Dt tehadap koefisien pepindahan panas dalam pipa yang beisi katalisato dan pipa kosong, telah diteliti oleh colbun s Smith, 1981 Dp/Dt 0,05 0,10 0,15 0,0 0,5 0,30 hw/h 5,50 7,00 7,80 7,50 7,00 6,60 Dipilih Dp/Dt = 0,15 kaena membeikan nilai hw/h yang paling besa tansfe panas yang baik ebandingan diamete katalisato dan diamete pipa Dp/Dt = 0,15, diamete katalisato = 0,3 cm sehingga dipeoleh diamete pipa = cm 0787 in 10

12 Dai tabel 11 Ken, 1950 diambil spesifikasi pipa sebagai beikut : Schedule numbe = 0 Nominal pipe sie, IS Diamete dalam, = 075 in = 08 in Diamete lua, OD = 1,05 in low aea pe pipe = 053 in Weight pe lin ft = 113 lbsteel/ft * Menentukan jumlah tube 1 Jumlah tube maksimum max - Kecepatan massa pe satuan luas Gt Gt = Reμg Dp sumsi : Re = 3100 µg = g/cms Dp = 0,3 cm sehingga dipeoleh Gt = g/cm s - Luas penampang total t t = G/ Gt G = umpan total = 7,1107 kg/jam = 756,1186 g/s Sehingga dipeoleh t = 0, cm - Luas enampang pipa o o t t = 08 in = 0996 cm ε = poositas katalis = 0,5 Sehingga dipeoleh o =,5909 cm Jadi jumlah tube maksimum : max = t/ o max = tube 11

13 Jumlah tube minimum min =,37 5 tube Bulk density ρ B = ρs 1-ε 79310,393 = 3005 g/cm 3 Debit Qv = G = 79310,393 m 3 /jam Kecepatan maksimum Vmax = g Dp B 3 o g g o = fiction facto = 0, Sehingga dipeoleh Vmax = m/jam Luas penampang total t = Q v V max Jumlah tube minimum : min = t/ o =1995,906 m 1

14 Dai pehitungan jumlah tube diatas maka diambil jumlah tube sebanyak 33 buah b Menghitung diamete dalam eacto s Dipilih susunan tube : iangula pitch C 60o 60o 60o B C 13

15 itch = 1,5 x OD = 1,5 x 1,66 in =,075 in Cleeance C = OD =,075 in 1,66 in = 0150 in 1

16 s = 0,866 = 71,58 cm = 8,1686 in Jadi diamete dalam eakto = 71,58 cm = 8,1686 in c Menghitung ebal Dinding Reakto ebal dinding eakto shell dihitung dengan pesamaan : t s C f E 0,6 Bownell, pes13 1, p5 Dimana : t s = tebal shell, in E = efisiensi pengelasan f = maksimum allowable stess bahan yang digunakan Bownell,tabel 13-1, p51 = jai-jai dalam shell, in C = fakto koosi, in = tekanan design, si Bahan yang digunakan Cabon Steel S 83 Gade C E = 0,85 f = 1650 psi C = 0,15 15

17 = / = 8,1686 / in = 1,08 in 16

18 = 5 atm = 3675 psi ovedesign 0 % Jadi = 10/100* = 1 psi 1* / maka ts = 0, ,6* 1 = 0,717 in dipilih tebal dinding eakto standa 1 in Diamete lua eacto = + *ts = 8,1686 in + *1 in =30 1/6 in Maka digunakan diamete standa 0 in 17

19 d Menghitung ead Reakto 1 Menghitung ebal ead Reakto Bentuk head : Elipstical Dished ead Bahan yang digunakan: Cabon Steel S 83 Gade C OD O sf Ic B b=depth of dish t a C Keteangan gamba : OD a t ic = diamete dalam head = diamete lua head = jai-jai dalam head = tebal head = jai-jai lua dish = jai-jai dalam sudut ic 18

20 b sf = tinggi head = staight flange O = tinggi total head ebal head dihitung bedasakan pesamaan : t h s C f E 0, Bownell, 1979 = tekanan design, psi = 1 psi s = diamete dalam eacto, in = 8,1686 in f = maksimum allowable stess, psi = 1650 psi E = efisiensi pengelasan = 0,85 C = fakto koosi, in = 0,15 1* 78,3756 maka th = 0, 15 *1650*0,85 0,*1 = 0, in dipilih tebal head eakto standa 1 in 19

21 Menghitung inggi ead Reakto : Dai tabel 57 Bownell p90 ODs = 0 in ts = 1 in didapat: ic = 3 in = 78 in a = s/ = 19 in B = a - ic = 16 in BC = - ic = 75 in C =BC - B 1/ = 73,7 in b = - C =,7 in Dai tabel 56 Bownell p88 dengan th 1 in didapat sf = 1,5 in peancangan digunakan sf = 3,5 in inggi head eacto dapat dihitung dengan pesamaan : h = th + b + sf = 1 +, ,5 in = 9,65 in = 0, m 130

22 e inggi Reakto Diketahui tinggi shell =,1 m inggi eacto total total = anjang ube + *tinggi head = 8,15 m + *0, m = 8,6187 m ebal Isolasi Reakto sumsi : 1 Suhu dalam eakto = suhu pemukaan dinding dalam shell = suhu pendingin ata-ata Keadaan steady state Q=QB=QC=QD+QR 3 Suhu dinding lua isolasi isotemal 1 3 Q 1 3 QB QC u QR QD ` 131

23 Keteangan : 1 = jai-jai dalam eakto = jai-jai lua eakto 3 =jai-jai isolato lua Q = ep Konveksi dai gas ke dinding dalam eakto QB = ep Konduksi melalui dinding eakto QC = ep Konduksi melalui isolato QD = ep konveksi dai pemukaan lua isolato QR = ep anas adiasi 1 = Suhu dinding dalam eakto = Suhu dinding lua eakto 3 = Suhu isolato lua u = Suhu udaa lua - sifat-sifat fisis bahan * bahan isolasi : asbestos, dengan sifat-sifat fisis ken : kis = 0,1713 W/m o C ε = 0,96 * cabon steel : ks = 1, W/m o C * sifat-sifat fisis udaa pada suhu f olman,1988 Dafta -5 f = 315,5 K υ = 0,

24 k = 00719W/m o C = β = K -1 µ = kg/ms g = 9,8 m/s 3 = + x 1 = 0,86 m = 0,5080 m L = 8,15 m 1 epindahan panas konduksi ks L 1 QB ln 1 a Q C kis L ln 3 3 b epindahan panas konveksi Q D hc 3 Q D hc 3 L 3 c Kaena G L > 10 9, sehingga : hc 1,31 G L g 3 u L 133

25 3 anas Radiasi Q Q R R 3 L 3 3 d σ = 5,669 x 10-8 w/m k kemudian pesamaan a, b, c dan d ditial menggunakan solve dan didapat : = 5935 K ebal isolasi x = 63 cm 13

26 abel eubahan Konvesi,Suhu Dan ekanan ehadap anjang Reakto m x K s K atm ,0000 1,0000 0, , ,3,0000 0, ,73 319,79 3,0000 0, ,3 37,1101,0000 0, ,60 33,73 5,0000 0, ,5863 3,1811 6,0000 0, , ,31 7,0000 0, , ,98 8,0000 0, , ,386 8,1500 0, , , ,

27 Dai tabel diatas diketahui : Konvesi x = 0951 Suhu gas masuk in Suhu gas kelua out anjang tube eakto ekanan masuk in ekanan kelua out = 63 K = 6965 K = 8,15 m = 5 atm = 9 atm Suhu pendingin masuk p in = K Suhu pendingin kelua p out = 500 K 136