REAKTOR. Fv, m 3 /jam

Transkripsi

1 Kapasitas ton/tahun. LAMPIRAN REAKTOR Fungsi : mereaksikan antara DDB dan oleum 0% menjadi DDBS. Tipe reaktor : Reaktor CSTR Kondisi operasi. Tekanan : atm. Suhu : 46 o C. Konversi : 99% Neraca massa umpan Komposisi Massa,kg/jam F.berat BM kmol/jam F. mol CH5C6H5 9.66,676 0, ,8 0,0 C4H9C6H5 5,5 0, ,496 0,009 C0HC6H5,960 0, ,009 0,000 HSO4 9.66,676 0, ,6089 0,5849 SO.45,99 0, ,99 0,79 TOTAL.880,488, ,598,0000 Menghitung densitas campuran Komponen Massa,kg/jam, kg/m Fv, m /jam x i ρ i, m /kg CH5C6H5 9.66,676 85,95,5678 0,0005 C4H9C6H5 5,5 88,4 0,64 0,0000 C0HC6H5,960 87,547 0,00 0,0000 HSO4 9.66, , 5,47 0,000 SO.45,99.80,95,405 0,000 TOTAL.880,488 8,49 0,0008 Menghitung kecepatan laju alir volumetrik ( Fv ) massa, kg/jam Fv densitas, kg/m 8,49 m /jam D

2 Kapasitas ton/tahun. Menghitung konsentrasi umpan 9,8 kmol/jam Konsentrasi DDB ( CAO ),7 kmol/m 8,49 m / jam Konsentrasi oleum 0% ( CBO ) 99,6089 kmol/jam 8,49 kmol/jam 5,56 kmol/m C Ratio mol umpan masuk ( M ) C Menghitung konstanta kecepatan reaksi Persamaan kecepatan reaksi dapat ditulis BO AO,50 dca dcb ( ra ) - kc C A B dt dt Dengan k konstanta kecepatan reaksi M X k. Ln C AO M ) t M ( X Diketahui: CAO,7 kmol/m CBO 5,56 kmol/m M,50 XA 0,99 Untuk t jam (Groggins, 958) k ( A 0,67 m³/kmol.jam Optimasi Reaktor Menghitung jumlah reaktor a. Menggunakan RATB Reaktor V kc AO diperoleh: Fv (X ( X A A ) XA0) )( M X A A ) D

3 Kapasitas ton/tahun. XA0 0 XA 0,99 V 88,8808 b. Menggunakan RATB Reaktor V kc AO Reaktor V kc diperoleh: Fv (X ( X AO A Fv (X ( X XAO) )( M X A A A ) XA) )( M X A A ) XA0 0 XA 0, V 77,98 XA 0,99 V 77,98 c. Menggunakan RATB Reaktor Reaktor V kc Reaktor AO Fv (X ( X A XAO) )( M X A A ) V kc AO Fv (X ( X A XA) )( M X A A ) V kc AO Fv (X ( X A XA) )( M X A A ) diperoleh: XA0 0 XA 0,7994 V 0,6 XA 0, V 0,6 XA 0,99 V 0,6 d. Menggunakan 4 RATB Reaktor Reaktor Fv (XA XAO) V V kc ( X )( M X ) AO A A kc AO Fv (X ( X A XA) )( M X A A D )

4 Kapasitas ton/tahun. Reaktor Reaktor 4 V kc AO Fv (X ( X A XA) )( M X A A ) V4 kc AO Fv (X A4 XA) ( X )( M X A4 A4 ) Diperoleh: XA0 0 XA 0,699 V 8,645 XA 0,9046 V 8,645 XA 0,9698 V 8,645 XA4 0,99 V4 8,645 n XA XA XA XA4 Volume (m ) 0,99 88,8808 0, ,99 77,98 0,7994 0, ,99 0,6 4 0,699 0,9046 0,9698 0,99 8,645 Menghitung Dimensi Reaktor Bentuk reaktor vessel dengan formed head Untuk operasi 5-00 psig dipilih torespherical dished head (Brownell, 959). Diameter dan tinggi reaktor Menggunakan RATB - Diketahui volume reaktor 88,8808 m x 0,08 m.97,04 - Volume cairan, x.97,04 (over design 0%) 7.46,64.059,457 m Pengambilan H/D diusahakan mendekati, karena jika H/D terlalu besar atau terlalu kecil maka: - Pengadukan tidak sempurna - Ada gradien konsentrasi dalam reaktor - Distribusi panas tidak merata D

5 Kapasitas ton/tahun. D : H (Brownell, 959) Volume shell D H 4 D 4 4 Vshell D 4 x.059,457,0484 m 44,977 in Volume dish 0, Ds Dimana: Ds diameter shell, in Vdish 0, x (44,977 ) Vsf D 4 diambil sf 4.0,697 in sf 44 Vsf x ( 44,977 ) 4 Sehingga,.06,86 in Vhead (Vdish + Vsf ) Vreaktor x 44 x (4.0, ,86).9,77 in 45,55 m Vshell + Vhead.059,457 m + 45,55 m.404,7094 m D

6 Kapasitas ton/tahun. Untuk menentukan jumlah reaktor digunakan optimasi. Dari fig -5, Peter hal 68 dapat diperoleh harga reaktor untuk mempertimbangkan jumlah reaktor dengan harga yang minimal. Untuk V 0 m harganya $ Vi Dimana harga alat $ ,6.404,7094 $ $.60.47,749 Dengan cara yang sama dapat dihitung diameter, volume dan harga reaktor untuk, dan 4 RATB N Vshell,m D,m D,in Vhead,in Vhead,m.059,4570, ,977.9,77 45,55 9,788 4,9068 9,8.50,7 4,054 6,79,588 4,667 7,457 0,479 4,74,056 0,88 485,067,77 0,6 Vreaktor,m U$/ reaktor U$/ total.404, , ,749 5, , , , , ,576 6, , , , , , , , , , , D

7 Kapasitas ton/tahun. Berdasarkan grafik yang ada maka digunakan reaktor dengan spesifikasi sebagai berikut: Spesifikasi tiap reaktor - Diameter :,588 m - Tinggi shell :,588 m - Volume shell : 6,79 m - Volume head : 0,479 m - Volume reaktor : 56,470 m - x : 0,99 - Volume cairan : 6,79 m - Volume bottom : 0,5x 0,479 m : 0,079 m - Volume cairan dalam shell : 6,79-0,079 : 6,05 m - Tinggi cairan dalam shell 4xVshell : D :,598 m.tebal dinding reaktor Reaktor terdiri atas dinding (shell), tutup atas dan tutup bawah (head) Head atas dan head bawah berbentuk torispherical Bahan untuk reaktor stainless stell 0-A5, dengan pertimbangan cairan ts dimana: ts Pri + C fe 0,6P tebal shell, in bersifat korosif. E efisiensi pengelasan 0,85 f maksimum allowable stress bahan yng digunakan:.750 psi (Brownell, 959) D

8 Kapasitas ton/tahun. ri jari-jari dalam shell D/ 4,667/ 70,6 in C faktor koreksi 0,5 in P tek. design Poperasi + Phidrostatis Pop atm 4,7 psi Phidrostatis camp g xh gc dimana g/gc H tinggi cairan,598 m 8,5066 Jadi Phidrostatis.87,9096 kg/m x,598 m.080,05 kg/m 4,7 psi Pdesign 4,7 psi + 4,7 psi 9,07 psi t shell Pri + C fe 0,6P 0,404 in dipilih t shell ¼. Jenis dan Ukuran Head Dipilih jenis Torispherical dished head, karena dengan tekanan 4,7 psia tangki memenuhi persyaratan. Persamaan W ¼ x P. rcw. th. f. E 0,P dimana: rc Jari-jari dish, in rc irc + C irc Jari-jari sudut dalam, in D

9 Kapasitas ton/tahun. W faktor intensifiksi tegangan untuk jenis head Sehingga asumsi awal, tebal dinding head tebal shell Dari tabel 5-7 Brownell & Young untuk OD ( x r ) + ( x tebal shell ) (4,667) + ( x /4 ) 4,77 in Diambil OD standart 44 in (Brownell hal 89, 959) Diperoleh r in icr 8 /4 W,70 in th 0,04 in dipakai plat dengan tebal standar 5/6 in sehingga dari tabel 5-6 Brownell hal 50 untuk th 5/6 in diambil Sf standar in a ID/ 70,64 in AB ID/ irc 6,884 in BC r- irc,5 in AC BC AB 06,5880 in b r AC 5,40 in OA b + th + sf 7,745 in 0,704 m Tinggi reaktor tinggi head + tinggi shell 4,94 m D

10 Kapasitas ton/tahun. O A b ic B ID A r t Sf a C O D. Menghitung Ukuran dan Power Pengaduk L H Di E Dt Keterangan ID : diameter dalam pengaduk Di : diameter pengaduk L : panjang sudut pengaduk W : lebar sudut pengaduk E : jarak pengaduk dengan dasar tangki J : lebar baffle H : tinggi cairan Digunakan pengaduk jenis turbin dengan 6 sudut (six Blades Turbine), karena turbin memiliki range volume yang besar dan dapat digunakan untuk kecepatan putaran yang cukup tinggi. D

11 Kapasitas ton/tahun. Data pengaduk diperoleh dari Brown Unit Operation hal Di / ID / B / ID / W / Di /5 E / Di L / Di /4 Ukuran pengaduk: Di Diameter pengaduk (Di) ID,588 Tinggi pengaduk (W),96 m,94 47,0889 in W Di,96 0,9 m 5 5 Lebar pengaduk (L) L Di,96 0,990 m 4 4 Lebar baffle (B) ID B,588 0,990 m Jarak pengaduk dengan dasar tangki (E) E 0,75,; dipilih Di E x,96,96 m Kecepatan putar pengaduk (N) N 600.d WELH. d WELH ZL x Sg Dimana: (Rase, 977) N kecepatan putar pengaduk, rpm d diameter pengaduk, ZL tinggi cairan dalam tangki, m Sg specific gravity WELH Water Eqiuvalent Liquid Height, Kecepatan ujung pengaduk rpm (pheriperal speed) (Rase, 977) D

12 Kapasitas ton/tahun. ρcairan Massa total Fv.880,48 8 kg/jam 8,49 m/jam.87,9 kg/m 74,59 lb/ cairan.87,9kg / m Sg,88 air 000kg / m Zl tinggi cairan dalam shell,598 m 8,5066 WELH,598 m x,88,08 m 0,05 Jumlah pengaduk WELH,08, 588 ID Kecepatan putar pengaduk: 0,8584 buah N 600 / menit x,94 0,05 x,94 55,548 rpm 0,909 rps Menghitung Power Pengaduk (P) Np..N.d P g C 5 (Brown, 978) Dimana: P daya pengaduk, lb./s Np power number N kecepatan putar pengaduk 0,909 rps ρ densitas campuran 74,588 lbm/ d diameter pengaduk,94 gc gravitasi,.lbm/s.lbf campuran 6,74 cp lb/s. NRe N.d. 0,909 x(,94) x74,588 0, D

13 Kapasitas ton/tahun. 9.8,46 Dari fig. 8.7 rase, hal.48, diperoleh Np 6 P 6x(74,588 lbm / ) x(0,909 rps),. lbm / s. lbf 0.04,5740.lbf/s 8,574 Hp Effisiensi motor penggerak (η) 88 % P Daya penggerak motor x(,94 ) 5 8,574 0,747 Hp 0,88 Maka dipakai motor dengan daya 5 Hp (NEMA) 4. Perancangan Pendingin. Reaktor Komponen Panas masuk, kj/jam Panas keluar,kj/jam CH5C6H , ,945 C4H9C6H5 69,75 69,75 C0HC6H , ,589 HSO4 9.04, ,0 SO 6.75,4674 HO.50,698 CH5C6H4.SOH ,04 Panas reaksi ,5 Panas pendingin ,5 Total , ,45 Menghitung dimensi pendingin Suhu fluida panas reaktor 46 o C 4,8 o F Suhu fluida dingin masuk 0 o C 86 o F Suhu fluida dingin keluar 40 o C 04 o F Fluida panas reaktor Fluida dingin T 4,8 Higher temp 86 8,8 D

14 Kapasitas ton/tahun. 4,8 Lower temp 04 0,8 T LMTD 8,8 0,8 8,8 ln 0,8 8,58 Menghitung luas transfer panas Untuk fluida panas light organik dan fluida dingin air UD Btu/. o F. jam (Kern, 98) diambil harga UD 50 Btu/. o F. jam Q A ,5 Kj , Btu Q U T D , 50x8,58.589,098 Menghitung luas selubung reaktor A. D. L.,588.,588 45,580 Perancangan Koil Pendingin Menghitung Koefisien Transfer Panas Nilai koefisien perpindahan panas pada RATB dengan baffle dan didinginkan dengan koil dipakai persamaan 0.4 Kern, halaman 7. hc 0,87.k Dt L.N. / Cp. k / w 0,4 D

15 Kapasitas ton/tahun. Dimana, hc Dt k Cp L N w 0,4 koefisien transfer panas cairan, Btu/jam.. o F diameter reaktor,77 konduktivitas panas 0,8 Btu/jam.. o F kapasitas panas larutan,048 btu/lb. o F,048 kkal/kg. o C dimeter putar pengaduk,94 kecepatan putar pengaduk 0,909 rps.5,885 rph ρ densitas campuran 74,588 lb/ µ viskositas campuran 0, lb/s. 6,674 lb/jam. µw viskositas air L.N. / (,94 ) x.5,885 / jamx74,588 lb / 6,674 lb / jam. /.78,4984 Cp. k hc /,048 Btu / lb. Fx6,674 lb / jam. 0,8 /.. Btu jam F 0,87x0,8Btu / jam.. F,77 77,546 Btu/jam.. o F / x.78,4984 x,55 Menghitung Kebutuhan Air Pendingin,55 Sebagai pendingin digunakan air dengan suhu masuk (T) 0 o C (86 o F) dan suhu keluar (T) 40 o C (04 o F) Tf o F Sifat-sifat air pada Tf 95 o F adalah: ρ.08,7 kg/m 6,079 lb/ µ 0,7 cp,96 lb/.jam Cp,048 kkal/kg. o C k 0,56 Btu/jam.. o F Panas yang diambil pendingin, D

16 Kapasitas ton/tahun. Qp ,5 kj/jam.0.06 kkal/jam Btu/jam Kebutuhan air pendingin, Wt Debit air pendingin, Fvp Qp Cp.(T T ).0.06 kkal / jam,048kkal / kg. C.(40 0) C 05.49,6 kg/jam.075,9 lb/jam Wt.075,9 lb / jam 6,079 lb/.78,755 /jam Menghitung Luas Penampang Aliran (A) Harga kecepatan untuk cairan dalam pipa,5,5 m/s (Coulson, 005) Dipilih harga kecepatan cairan (v),5 m/s 9.57,56 /jam A Fvp (ID) v 4 ID 4.Fvp.v 4x.78,755 / jam x9.57,56 / jam 0,406 0,45 m 4,807 in Dipakai koil standar 6 in. Dari tabel, Kern hal.844. Sehingga didapat: OD 6,65 in 0,55 ID 6,065 in 0,5054 Luas penampang, A 8,9 in 0,007 Luas perpindahan panas/panjang, A,74 / Menghitung Mass Velocity (V) Gt Wt A' D

17 Kapasitas ton/tahun..075,9 lb / 0,007 jam V.56.6,79 lb/jam. Gt.56.6, 79 lb / jam. 6,079 lb / 8.69,094 /jam 5,747 /s Menghitung hi dan hi0 Re dalam pipa, Ret IDxGt 0,5054 x.56.6 lb / jam.,960lb / jam. 0.88,5 Untuk T 95 o F diperoleh hi.450 Btu/jam.. o F. Dari fig. 5, Kern. ID hi0 hi x OD.450 Btu/jam.. o F x.7,44 Btu/jam.. o F 0,5054 0,55 Menghitung Harga LMTD LMTD Suhu reaktor masuk Suhu reaktor keluar Suhu air masuk Suhu air keluar 46 o C 4,8 o F 46 o C 4,8 o F 0 o C 86 o F 40 o C 04 o F (4,8 04) (4,8 86) 8,58 4,8 04 Ln 4,8 86 D

18 Kapasitas ton/tahun. Menghitung Uc dan Ud Clean Overall Coefficient (Uc) Uc hcxhi 0 hc hi 0 77,546 Btu / jam.. Fx.7,44 Btu / jam. (77,546.7,44) Btu / jam.. F. F 9,94 Btu/jam.. o F Rd Dari table Kern diambil harga Ud 50 Bu/jam F Uc Ud Rd UcxUd 9,94Btu / jam.. F 50 Btu / jam. (9,94 50) Btu / jam.. F. F 0,006 jam.. o F/Btu Menghitung Luas Perpindahan Panas Qp A UdxLMTD.589,0978 Menghitung Panjang Koil L Adesain A".589,0978,74 / 96,447 Menentukan Jumlah Lengkungan Koil A C B y DC D

19 Kapasitas ton/tahun. Diameter helix, DC 0,8 x (ID reaktor) 0,8 x,77 9,478,8705 m AB DC 9,478,8705 m Jarak antar gulungan koil, y OD koil 0,76 0,084 m BC y 0,76 0,084 m AC ( AB) (BC) ( 9,478) (0,084) 9,494,878 m Keliling busur AB ½ x π x AB ½ x π x 9,478 4,78 4,5067 m Keliling busur AC ½ x π x AC ½ x π x 9,494 4,7885 4,5087 m Keliling lingkaran koil keliling busur AB + keliling busur AC Jumlah lengkungan koil (N) 4,78 + 4,7885 9,578 9,054 m 96,45 9,578 0,9 lilitan Tinggi tumpukan koil y x N 0,76 x,86 m Koil tidak tercelup seluruhnya dalam cairan, karena tinggi koil lebih tinggi dari tinggi cairan (,86 m >,59 m) Tinggi cairan setelah ada koil (ZC) ZC Vcairan Vkoil Areaktor Vc (0,5xxOD xl) 0,5xxID 6,79m (0,5xx(0,68 m) 0,5xx(,588) 4, m Menghitung Pressure Drop Koil x79,4m) D

20 Kapasitas ton/tahun. 0, 64 Faktor friksi, f 0,005 + (Re 0, 4 (Kern, 98) t ) 0,64 0, , 4 (0.88,5) 4, P fxgt xl 0 5,.0 xidxsxt Dimana: S spesifik gravity 6,58 lb/ L panjang koil Gt.56.6,79 lb/jam. f faktor friksi 4, фt W 0,9 4,88.0 x(.56.6,79) x96,45 P,6 psi 0 5,.0 x0,5054 x6,58x Syarat P cairan dalam tube < 0 psi, maka P,6 psi memenuhi syarat.. Reaktor Komponen Panas masuk, Kj/jam Panas keluar,kj/jam CH5C6H , ,45 C0HC6H , ,5895 C4H9C6H5 69,755 69,755 HSO4 88.7,0 84.5,597 HO.50, ,6 CH5C6H4SOH , ,57 panas reaksi ,4809 panas pendingin 958.0,6769 Total.9.94,4.9.94,4 Perancangan Koil Pendingin D

21 Kapasitas ton/tahun. Menghitung Koefisien Transfer Panas Nilai koefisien perpindahan panas pada RATB dengan baffle dan didinginkan dengan koil dipakai persamaan pada eq. 0.4 Kern, p.7. hc 0,87.k Dt L.N. / Cp. k / w 0,4 Dimana, hc Dt k Cp L N w 0,4 koefisien transfer panas cairan, Btu/jam.. o F diameter reaktor,77 konduktivitas panas 0,8 Btu/jam.. o F kapasitas panas larutan,048 btu/lb. o F,048 kkal/kg. o C dimeter putar pengaduk,94 kecepatan putar pengaduk 0,909 rps.5,885 rph ρ densitas campuran 74,588 lb/ µ viskositas campuran 0, lb/s. 6,674 lb/jam. µw viskositas air L.N. / (,94 ) x.5,885 / jamx74,588 lb / 6,674 lb / jam. /.78,4984 Cp. k hc /,048 Btu / lb. Fx6,674 lb / jam. 0,8 /.. Btu jam F 0,87x0,8Btu / jam.. F,77 77,546 Btu/jam.. o F / x.78,4984 x,55 Menghitung Kebutuhan Air Pendingin,55 Sebagai pendingin digunakan air dengan suhu masuk (T) 0 o C (86 o F) dan suhu keluar (T) 40 o C (04 o F) Tf o F Sifat-sifat air pada Tf 95 o F adalah: D

22 Kapasitas ton/tahun. ρ.08,7 kg/m 6,079 lb/ µ 0,7 cp,96 lb/.jam Cp,048 kkal/kg. o C k 0,56 Btu/jam.. o F Panas yang diambil pendingin, Qp ,4 Btu/jam 8.97,9 kkal/jam Kebutuhan air pendingin, Wt Qp Cp.(T T ) Debit air pendingin, Fvp 8.97,9 kkal / jam,048kkal / kg. C.(40 0) C.848,56 kg/jam 48.76,076 lb/jam Wt 48.76,076 lb / jam 6,079 lb / 776,09 /jam Menghitung Luas Penampang Aliran (A) Harga kecepatan untuk cairan dalam pipa,5,5 m/s (Coulson, 005) Dipilih harga kecepatan cairan (v),5 m/s 9.57,56 /jam A Fvp (ID) v 4 ID 4.Fvp.v 4x776,09 / jam x9.57,56 / jam 0.8 0,0558 m,96 in Dipakai koil standar,5 in. Dari tabel, Kern halaman 844. Sehingga didapat: OD,88 in 0,075 m 0,4 D

23 Kapasitas ton/tahun. ID,469 in 0,067 m 0,06 A 4,79 in 0,06 A 0,75 / Menghitung Mass Velocity (V) Gt V Wt A' 48.76,076 lb / jam 0, ,57 lb/jam. Gt , 57 lb / jam. 6,079 lb /.,64 /jam 6,48 /s Menghitung hi dan hi0 Re dalam pipa, Ret IDxGt 0,06 x ,57 lb /,960lb / jam. jam. 5.99,4 Untuk T 95 o F diperoleh hi.500 Btu/jam.. o F. Dari fig. 5, Kern. ID hi0 hi x OD 0, Btu/jam.. o F x 0,4.85,975 Btu/jam.. o F Menghitung Harga LMTD Suhu reaktor masuk Suhu reaktor keluar Suhu air masuk 46 o C 4,8 o F 46 o C 4,8 o F 0 o C 86 o F D

24 Kapasitas ton/tahun. Suhu air keluar 40 o C 04 o F (4,8 04) (4,8 86) LMTD 8,58 o F 4,8 04 Ln 4,8 86 Menghitung Uc dan Ud Uc Clean Overall Coefficient (Uc) hcxhi 0 hc hi 0 77,546 Btu / jam.. Fx.85,975 Btu / jam. (77,546.85,975 ) Btu / jam.. F. F 9,858 Btu/jam.. o F Rd Uc Ud Ud UcxUd 9,858 Btu / jam.. F 50 Btu / jam. (9,858 x50) Btu / jam.. F. F 0,004 Btu/jam.. o F Menghitung Luas Perpindahan Panas Qp A UdxLMTD 494,866 Menghitung Panjang Koil L Adesain A" 494,866 0,75 / 657,7 D

25 Kapasitas ton/tahun. Menentukan Jumlah Lengkungan Koil A C B y DC Diameter helix, DC 0,8 x (ID reaktor) 0,8 x,77 9,478,8705 m AB DC 9,478,8705 m Jarak antar gulungan koil, y OD koil 0,075 m 0,4 BC y 0,075 m 0,4 AC ( AB) (BC) ( 9,478) (0,4) 9,46,87 m Keliling busur AB ½ x π x AB ½ x π x 9,478 4,78 4,507 m Keliling busur AC ½ x π x AC ½ x π x9,46 4,78 4,507 m Keliling lingkaran koil keliling busur AB + keliling busur AC Jumlah lengkungan koil (N) 4,78 + 4,78 9,565 9,09 m 657,7 9,565,6 lilitan Tinggi tumpukan koil y x N 0,4 x 0,95 m Koil tercelup seluruhnya dalam cairan, karena tinggi koil lebih rendah dari tinggi cairan (0,95 m <,069 m) Tinggi cairan setelah ada koil (ZC) D

26 Kapasitas ton/tahun. ZC Vcairan Vkoil Areaktor Vc (0,5xxOD 0,5xxID xl).80,0 (0,5xx(0,4 ) 0,5xx(,77 ) x657,7 ),67 m Menghitung Pressure Drop Koil 0, 64 Faktor friksi, f 0,005 + (Re 0, 4 (Kern, 98) t ) 0,64 0, , 4 (5.99,4) 5,5.0 - P fxgt xl 0 5,.0 xidxsxt Dimana : S spesifik gravity 6,58 lb/ L panjang koil 657,7 Gt ,57 lb/jam. f faktor friksi 5,5.0 - фt W 0,9 5,5.0 x( ,57 ) x657,7 P,765 psi 0 5,.0 x0,06x6,58x Syarat P cairan dalam tube < 0 psi, maka P,765 psi memenuhi syarat.. Reaktor Komponen Panas masuk, Kj/jam Panas keluar,kj/jam CH5C6H ,4 4.4,806 C0HC6H , ,589 D

27 Kapasitas ton/tahun. C4H9C6H5 69,75 69,75 HSO4 84.5, ,465 HO.586,6.75, CH5C6H4SOH 584.8, ,6006 panas reaksi ,66 panas pendingin ,98 Total.764.8, ,67 Perancangan Koil Pendingin Menghitung Koefisien Transfer Panas Nilai koefisien perpindahan panas pada RATB dengan baffle dan didinginkan dengan koil dipakai persamaan pada eq. 0.4 Kern, p.7. hc 0,87.k Dt L.N. / Cp. k / w 0,4 Dimana, hc Dt k Cp L N w 0,4 koefisien transfer panas cairan, Btu/jam.. o F diameter reaktor,77 konduktivitas panas 0,8 Btu/jam.. o F kapasitas panas larutan,048 btu/lb. o F,048 kkal/kg. o C dimeter putar pengaduk,94 kecepatan putar pengaduk 0,909 rps.5,885 rph ρ densitas campuran 74,588 lb/ µ viskositas campuran 0, lb/s. 6,674 lb/jam. µw viskositas air L.N. / (,94 ) x.5,885 / jamx74,588 lb / 6,674 lb / jam. /.78,4984 Cp. k hc /,048 Btu / lb. Fx6,674 lb / jam. 0,8 /.. Btu jam F / 0,87x0,8Btu / jam.. F x.78,4984 x,55,77,55 D

28 Kapasitas ton/tahun. 77,546 Btu/jam.. o F Menghitung Kebutuhan Air Pendingin Sebagai pendingin digunakan air dengan suhu masuk (T) 0 o C (86 o F) dan suhu keluar (T) 40 o C (04 o F) Tf o F Sifat-sifat air pada Tf 95 o F adalah: ρ.08,7 kg/m 6,079 lb/ µ 0,7 cp,96 lb/.jam Cp,048 kkal/kg. o C k 0,56 Btu/jam.. o F Panas yang diambil pendingin, Qp 74.00,595 Btu/jam ,5674 kkal/jam Kebutuhan air pendingin, Wt Qp Cp.(T T ) Debit air pendingin, Fvp ,56 74 kkal / jam,048kkal / kg. C.(40 0) C 7.660,9 kg/jam 8.94,55 lb/jam Wt 8.94,55 lb / jam 6,079lb / 67,65 /jam Menghitung Luas Penampang Aliran (A) Harga kecepatan untuk cairan dalam pipa,5,5 m/s (Coulson, 005) Dipilih harga kecepatan cairan (v),5 m/s 9.57,56 /jam D

29 Kapasitas ton/tahun. A Fvp (ID) v 4 ID 4.Fvp.v 4x67,65 / jam x9.57,56 / jam 0,645 0,05 m,975 in Dipakai koil standar in. Dari tabel, Kern hal.844. Sehingga didapat: OD ID,8 in 0,0604 m 0,98,067 in 0,055 m 0,7 A,8 in 0,05 A 0,6 / Menghitung Mass Velocity (V) Gt V Wt A' 8.94,55 lb / jam 0, ,04 lb/jam. Gt ,04 lb / jam. 6,079 lb / 6,967,45 /jam 7,49 /s Menghitung hi dan hi0 Re dalam pipa, Ret IDxGt 0,7 x , 04 lb /,960 lb / jam. jam. 48.9,97 Untuk T 95 o F diperoleh hi.450 Btu/jam.. o F. Dari fig. 5, Kern. D

30 Kapasitas ton/tahun. ID hi0 hi x OD.450 Btu/jam.. o F x.59,067 Btu/jam.. o F Menghitung Harga LMTD Suhu reaktor masuk Suhu reaktor keluar Suhu air masuk Suhu air keluar 0,7 0,98 46 o C 4,8 o F 46 o C 4,8 o F 0 o C 86 o F 40 o C 04 o F (4,8 04) (4,8 86) LMTD 8.58 o F 4,8 04 Ln 4,8 86 Menghitung Uc dan Ud Uc Clean Overall Coefficient (Uc) hcxhi 0 hc hi 0 77,546 Btu / jam.. Fx.59,067 Btu / jam. (77,546.59,067 ) Btu / jam.. F. F 90,466 Btu/jam.. o F Rd Uc Ud Rd UCxUd 90,466 Btu / jam.. Fx50Btu / jam. (90,466 50) Btu / jam.. F. F 0,00 Btu/jam.. o F Menghitung Luas Perpindahan Panas Qp A UdxLMTD 66,65 D

31 Kapasitas ton/tahun. Menghitung Panjang Koil Adesain L A" 66,65 0,6 / 48,7 Menentukan Jumlah Lengkungan Koil A C B y DC Diameter helix, DC 0,8 x (ID reaktor) 0,8 x,77 9,478,8705 m AB DC 9,478,8705 m Jarak antar gulungan koil, y OD koil 0,0604 m 0,98 BC y 0,0604 m 0,98 AC ( AB) (BC) ( 9,4788) (0,98) 9,48,8707 m Keliling busur AB ½ x π x AB ½ x π x 9,478 4,78 4,5067 m Keliling busur AC ½ x π x AC ½ x π x 9,48 4,78 4,507 m Keliling lingkaran koil keliling busur AB + keliling busur AC Jumlah lengkungan koil (N) 4,78 + 4,78 9,576 9,07 m 48,7 9,57 4,5 5 lilitan D

32 Kapasitas ton/tahun. Tinggi tumpukan koil y x N 0,98 x 5 0,544 m Koil tercelup seluruhnya dalam cairan, karena tinggi koil lebih rendah dari tinggi cairan (0,544 m <,069 m) Tinggi cairan setelah ada koil (ZC) ZC Vcairan Vkoil Areaktor Vc (0,5xxOD xl) 0,5xxID.80,0 (0,5xx(0,98 ) 0,5xx(0,540 ),67 m Menghitung Pressure Drop Koil 0, 64 Faktor friksi, f 0,005 + (Re 0, 4 (Kern, 98) t ) 0,64 0, , 4 (48.9,97) 5, x48,77 ) P fxgt xl 0 5,.0 xidxsxt Dimana : S spesifik gravity 6,58 lb/ L panjang koil 48,77 Gt ,04 lb/jam. f factor friksi 5, фt W 0,9 5,74.0 x( ,04 ) x48,77 P 4,64 psi 0 5,.0 x0,7 x6,58 x Syarat P cairan dalam tube < 0 psi, maka P 4,64 psi memenuhi syarat. D

33 Kapasitas ton/tahun. NETRALISER Tugas : Menetralkan DDBS menjadi SDBS dengan menggunakan NaOH 0%. Jenis : Silinder tegak berpengaduk yang dilengkapi dengan koil pendingin. Kodisi : Eksotermis, T 55 C, P atm. Menghitung kecepatan volumetrik umpan Komponen kg/jam fraksi massa BM kmol/jam fraksi mol p,kg/m FV, m/jam C H 5C 6H 5 96,67 0, ,9 0,00 89,65 0,65 C 0H C 6H 5 5,5 0, ,60 0,00 8,6 0,67 C 4H 9C 6H 5,960 0, ,007 0,000 8,6 0,004 H SO 4 440,596 0, ,496 0,06.796,0 0,45 H O 4,7 0, ,904 0,05 999,7 0,4 C H 5C 6H 4SO H.677,9 0, ,889 0,8 96,06,84 NaOH 0% 9.87,9 0, ,68 0,87.898,4 4,84.66,976,000 80,99,000 9,0 Komponen kg/jam fraksi massa (x) Cp x* CH5C6H5 96,67 0,004,477 0,005 C0HC6H5 5,5 0,006,85 0,004 C4H9C6H5,960 0,000,45 0,00099 HSO4 440,596 0,09 9,4 0,8 H O 4,7 0,005 0,5 0,00784 C H 5C 6H 4SO H.677,9 0,559,9 6,608 NaOH 0% 9.87,9 0,405,554 0,699.66,976,000 7,0985 D

34 Kapasitas ton/tahun.. Menghitung Volume Netraliser Kecepatan volumetris umpan Fv 9,0 m /jam. Waktu tinggal,5 jam (Grogins, 958) Konsentrasi dbsa (Cao),88 kmol/m Konsentrasi NaOH 0% ( Cbo),4884 kmol/m ratio mol umpan masuk (M) 5,906 Konversi (XA) 0,95 Menghitung konstanta kecepatan reaksi kimia Persamaan keceptan reaksi dapat ditulis ( ra ) - dca dt dcb kc C A B dt k k 0,678 m³/kmol.jam menghitung volume netraliser Fv (X V kc AO( X XA0 0 XA 0,95 Volume reaktor 70,54 m³ Perancangan yang dibuat ini memilih over design 0 %, sehingga volume cairan menjadi: M X. Ln M ) t M ( X C AO ( A A XA0) )( M X A A Vcairan, x 70,54 m 04,405 m Pengambilan H/D diusahakan mendekati, karena jika H/D terlalu besar atau terlalu kecil maka: - Pengadukan tidak sempurna ) A ) D

35 Kapasitas ton/tahun. - Ada gradien konsentrasi dalam reaktor - Distribusi panas tidak merata D : H (Brownell, 959) Jenis head dipilih teorispherical flanged and dished head, karena operasi pada tekan atmosferis dan harganya murah. Volume shell D H 4 D 4 4 Vshell D H 4 x 04,405 6,00 m 6,56 in 6,00 m Volume dish 0, Ds Dimana: Ds diameter shell, in Vdish 0, x (6,56) Vsf D 4 diambil sf 645,488 sf 44 Vsf x ( 6,56 ) 4 Sehingga, 608,046 Vhead ( Vdish + Vsf ) x 44 x (645, ,046) D

36 Kapasitas ton/tahun. Vnetraliser.506, ,99 m Vshell + Vhead 04,405 m + 70,99 m 75,948 m Volume bottom 0,5 x 70,99 m 5,5 m Volume cairan dalam shell, Vc 04,405 5,5 68,9064 m 4.Vc Tinggi cairan dalam shell, L.D 4x68,9064 x(6) 5,98 m. Menghitung Tebal Dinding Netraliser (Shell) Dipilih dinding dengan jenis Stainless Steel SA 0, Grade A ts P.r + C (brownell, 959) f.e 0,6.P Dimana : ts tebal dinding tangki minimum, in P tekanan design, psi r jari-jari tangki, in 8,078 in f tekanan maksimum yang diijinkan psi E effisiensi penyambungan 0,85 C faktor korosi, /8 in 0,5 in P design P reaksi + P hidrostatis P reaksi atm 4,7 psi Phidrostatis camp g xh dimana g/gc gc H tinggi cairan 5,98 m 9,6 Jadi Phidrostatis.0,966 kg/m x 5,98 m D

37 Kapasitas ton/tahun ,5 kg/m,97 psi P design 4,7 +,97 5,99 psi 5,99x8,078 ts 0, x0,85 0,6x5,99 0,78 in Dipilih tebal standar in 8 OD ID + ts 6,56 + x 0,75 6,79 in Standarisasi dari tabel 5.7 Brownell, hal.90, didapat: OD 40 in ; icr 4,475 in ; r 80 in 4. Menghitung Ukuran Head Untuk menghitung tebal head digunakan persamaan: th 0,885.P.r C f.e 0,.P 0,885 x5,99x8,078 0, x0,85 0,x 5,99 0,955 in 5 Dipilih tebal standar in 6 OD ID + th 6,56 + x 0,5 6,78 in Standarisasi dari tabel 5.7 Brownell, hal.9, didapat: OD 40 in ; icr 4,475 in ; r 80 in D

38 Kapasitas ton/tahun. a 0,5 x ID 0,5 x 6,56 in 8,078 in AB a - icr 8,078 4,475 0,6406 in BC r icr 80 4,475 65,565 in AC ( BC) (AB) ( 65,565) (0,6406) 9,07 in b r AC 80 9,07 50,889 in Dari tabel 5.8 Brownell, hal.9, didapat sf in OA th + b + sf 0,5 + 50, ,08 in,5 m Jadi tinggi netraliser total 7,5 m 5. Menghitung Ukuran dan Power Pengaduk Digunakan pengaduk jenis turbin dengan 6 sudu (six Blades Turbine), karena turbin memiliki range volume yang besar dan dapat digunakan untuk kecepatan putaran yang cukup tinggi Data pengaduk diperoleh dari Brown Unit Operation hal Ukuran pengaduk: Diameter pengaduk (Di) ID 6 Di m 6,5599 Tinggi pengaduk (W) Di W 0,999 m 5 5 Lebar pengaduk (L) Di L 0,4 m 4 4 D

39 Kapasitas ton/tahun. Lebar baffle (B) B ID/ 6/ 0,5 m Jarak pengaduk dengan dasar tangki (E) E 0,75,; dipilih Di E x Di x,9995,9995 m Kecepatan putar pengaduk (N) N 600.d WELH. d WELH ZL x Sg Dimana: N kecepatan putar pengaduk, rpm d diameter pengaduk, ZL tinggi cairan dalam tangki, Sg specific gravity (Rase, 977) WELH Water Eqiuvalent Liquid Height, Kecepatan ujung pengaduk rpm (pheriperal speed) (Rase, 977) ρcairan Massatotal Fv.66,976kg / jam 7,08m / jam.0,966 kg/m³ 8,59 lb/ cairan.0,966 kg / m Sg, air.000kg / m ZL tinggi cairan dalam shell (L) 5,9984 m WELH, x 5,9984 m 7,986 m 6,90 Jumlah pengaduk Kecepatan putar pengaduk: N 600 / menit x6,5599 WELH 7,986 ID 6 6,90 x6,5599,0 buah D

40 Kapasitas ton/tahun. 4,580 rpm 0,6860 rps Menghitung Power Pengaduk (P) Dari Brown Unit Operations hal.508 diperoleh persamaan: P Np..N.d g C Dimana : P daya pengaduk, lb./s Np N power number kecepatan putar pengaduk 0,6860 rps ρ densitas campuran 8,588 lbm/ d gc diameter pengaduk 6,5599 gravitasi,7.lbm/s.lbf µ campuran 7,0985 cp 4, lb/s. NRe N.d. 0,6860 x(6,5599) x8,588 4, ,587 Dari fig. 477 Brown, hal.507, diperoleh Np P 6x(8,588lbm / ) x(0,6860rps),7. lbm / s. lbf x(6,5599 ) ,490.lbf/s 55,5 Hp Effisiensi motor penggerak (η) 88 % Daya penggerak motor P 55,5 0,88 6,7654 Hp D

41 Kapasitas ton/tahun. Maka dipakai motor dengan daya 70 Hp (NEMA) 6. Perancangan Koil Pendingin Menghitung Koefisien Transfer Panas Nilai koefisien perpindahan panas, dapat dipakai persamaan pada eq. 0.4 Kern, p.7. hc 0,87.k Dt L.N. / Cp. k / w 0,4 Dimana, hc Dt k Cp L N w 0,4 koefisien transfer panas cairan, Btu/jam.. F diameter tangki 9,68 konduktivitas panas 0,8 Btu/jam.. F kapasitas panas larutan btu/lb. F kkal/kg. C dimeter putar pengaduk 6,5599 kecepatan putar pengaduk 4,580 rpm 0,6860 rps.469,4786 rph ρ densitas campuran 8,588 lb/ µ viskositas campuran 4, lb/s.,5 lb/jam. µw viskositas air L.N. / (6,5599 )..469,4786 / jam.8,588 lb /,5lb / jam. / 8.54,8 Cp. k hc / Btu / lb. F.,5lb / jam. 0,8 /.. Btu jam F 0,87x0,8Btu / jam.. F 9,68 65,98 Btu/jam.. F /,096 x 8.54,8 x,096 D

42 Kapasitas ton/tahun. Menghitung Kebutuhan Air Pendingin Sebagai pendingin digunakan air dengan suhu masuk (T) 0 C (86 F) dan suhu keluar (T) 40 C (04 F) Tf F Sifat-sifat air pada Tf 95 F adalah: ρ.08,7 kg/m 6,079 lb/ µ 0,7 cp,96 lb/.jam Cp,048 kkal/kg. C,048 Btu/lb. F k 0,56 Btu/jam.. F Qp kkal/jam btu/jam Kebutuhan air pendingin, Wt Qp Cp.(T T ) kkal / jam,048kkal / kg. C.(40 0) C 64.4,5 kg/jam ,4 lb/jam Wt Debit air pendingin, Fvp ,5lb / jam 6,079lb /.85,586 /jam Menghitung Luas Penampang Aliran (A) Harga kecepatan untuk cairan dalam pipa,5,5 m/s (Coulson, 005). Dipilih harga kecepatan cairan (v),5 m/s 9.57,559 /jam A Fvp (ID) v 4 ID 4.Fvp.v 4x.85,586 / jam x9.57,559 / jam D

43 Kapasitas ton/tahun. 0,97 0,96 m,647 in Dipakai koil standar in. Dari table, Kern hal.844. Sehingga didapat: OD,75 in,065 ID,09 in,0075 Luas penampang, A 5 in 0,7986 Luas perpindahan panas/panjang, A,8 / Menghitung Mass Velocity (V) Gt V Wt A' , 4 lb / jam 0, ,6 lb/jam. Gt ,6 lb / jam. 6,079 lb / 0.54,78 /jam 5,706 /s Menghitung hi dan hi0 Re dalam pipa, Ret IDxGt 0,0075 x ,6 lb /,96 lb / jam. jam ,7 Untuk T 95 F diperoleh hi.500 Btu/jam.. F. Dari fig. 5, Kern. ID hi0 hi x OD 500 Btu/jam.. F x,0075,065.4,59 Btu/jam.. F. D

44 Kapasitas ton/tahun. Menghitung Harga LMTD Suhu reaktor masuk 55 C F Suhu reaktor keluar 55 C F Suhu air masuk 0 C 86 F Suhu air keluar 40 C 04 F LMTD ( 04) ( 86) 04 Ln 86 5,7 F Menghitung Uc dan Ud Uc Clean Overall Coefficient (Uc) hcxhi 0 hc hi 0 65,98Btu / jam.. Fx.4,59Btu / jam. (65,98.4,59) Btu / jam.. F. F 447,5077 Btu/jam.. F Rd Uc Ud Rd UcxUd 447,5077 Btu / jam.. F 50Btu / jam. (447, ) Btu / jam.. F. F 0,0044 Btu/jam.. F Menghitung Luas Perpindahan Panas Qp A UdxLMTD Btu / jam 50 Btu / jam.. Fx5, 7F 4.84,0 D

45 Kapasitas ton/tahun. Menghitung Panjang Koil L Adesain A" 4.84,0,8 /.448,0 Menentukan Jumlah Lengkungan Koil A C B y DC Diameter helix, DC 0,8 x (ID reaktor) 0,8 x 6 m 4,799 m AB DC 4,799 m Jarak antar gulungan koil, y 0,5 x OD koil 0,5 x,065 0,55 BC y 0,55 0,6 m AC ( AB) ( 4,799) (BC) (0,6) 4,804 m Keliling busur AB ½ x π x AB ½ x π x 5,797 4,7 Keliling busur AC ½ x π x AC ½ x π x 5,749 4,75 Keliling lingkaran koil keliling busur AB + keliling busur AC 4,7 + 4,75 49,468 Jumlah lengkungan koil (N).448,0 49,468 9,94 0 lilitan D

46 Kapasitas ton/tahun. Tinggi tumpukan koil y x N 0,6 x 0 5,45 m Tinggi cairan setelah ada koil (ZC) ZC Vcairan Vkoil Areaktor Vc (0,5xxOD xl) 0,5xxID 68,9064 m (0,5xx(0,85 m) 0,5xx(6m) 7,67 m Menghitung Pressure Drop Koil 0, 64 Faktor friksi, f 0,005 + (Re 0, 4 (Kern, p.5) t ) 0,64 0, , ,7 4, x44,4 m) P fxgt xl 0 5,.0 xidxsxt Dimana : S spesifik gravity 6,58 lb/ L panjang koil.448,0 Gt ,6 lb/jam. f factor friksi 4, фt W 0,9 P 4, x( ,6 ) 5,.0 0 x.448,0 x,0075 x6,58 x,0 psi Syarat P cairan dalam tube < 0 psi, maka P,0 psi memenuhi syarat. D

47 DIAGRAM ALIR PROSES PABRIK SODIUM DODEKILBENZEN SULFONAT DENGAN PROSES SULFONASI OLEUM KAPASITAS TON/TAHUN L-0 VM L-0 LI F-0 FC L-0 TC S team C 46 0 E-0 46 a 46 b 46 c 4 0 H 7 LC 46 CW R-0 LC CW R-0 LC CW R-0 LC M-0 LC TC HW E-0 L- VM L-0 VM LI LI F-0 F-0 TC 9 C 0 S team L-04 FC FC L-07 E TC M-0 LC 0 0,9 TC C TC S team E CW TC TC N-0 L-05 L-08 LC TC S team 55 C ,8 E-04 LC V CW TC S team 0 0 UPL E-06 L-09 HW TC CW 6 LI F-04 LI F-05 L-06 ALAT VM LC TC LI KETERANGAN Tekanan, atm Nomor arus Temperatur, C Kontrol Valve Arus Utama Suplai Listrik Udara Tekan P Volumeter Level Control Temperatur Control Level Indicator ALAT KETERANGAN Reaktor FC Flow Control R Reaktor M Mixer V Eviaporator E Heater F Bin E N H F L CW Cooler Netraliser Decanter Tangki Pompa Cooling Water JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA GAMBAR : DIAGRAM ALIR PROSES PABRIK SODIUM DODEKILBENZEN SULFONAT DENGAN PROSES SULFONASI OLEUM KAPASITAS TON/TAHUN DIKERJAKAN OLEH : WAWAN KURNIAWAN D DOSEN PEMBIMBING:. Dr Ir.AHMAD M.FUADI,MT.. ROIS FATONI ST, M.Sc, PhD