LAMPIRAN A REAKTOR. : Tempat berlangsungnya reaksi antara Carbon Dioksida. menjadi Methanol (CH3OH)

Transkripsi

1 LAMIRAN A REAKOR Jenis Fungsi : Reakto Fixed Bed Multitube : empat belangsungnya eaksi antaa Cabon Dioksida (CO) dan Cabon Monoksida (CO) dengan idogen () menjadi Methanol (C3O) Kondisi Opeasi : Suhu = 00 o C ekanan Reaksi Fase = 3 atm = Eksotemis = Gas Katalis : CuO/ZnU/AlO3 γ-alumina Reaksi yang tejadi didalam eakto: Reaksi 1 : CO + C3O Reaksi : CO + 3 C3O + O 1 Menentukan jenis eakto Dipilih eakto fixed bed multitube dengan petimbangan sebagai beikut: a at peeaksi beupa fasa gas dengan katalis padat

2 b umu katalis panjang 1-15 bulan c eaksi eksotemis sehingga dipelukan luas pepindahan panas yang besa aga kontak dengan pendingin belangsung optimal d tidak dipelukan pemisahan katalis dai gas keluaan eakto e pengendalian suhu elatif mudah kaena menggunakan tipe shell and tube ( ill, hal ) esamaan pesamaan Matematis Reakto a Neaca massa eakto Reaksi belangsung dalam keadaan steady state dalam eakto setebal ΔZ dengan konvesi X Neaca massa C3O pada elemen volume : Input Output Yang beeaksi = 0 FA v FA v+δv v Keteangan: FA V v + Δv : Kecepatan massa methanol, Kgmol/s : Volume eacto Δv : enambahan volume, m 3 Rate of input ate of output ate of eaction = ate of accumulation FA v - FA v v v

3 FA v - FA v v * v Lim v 0 FA v - FA v v v A dfa Di A dimana : v Z dv 4 Di dv 4 dz dfa d A dimana : FA FAo( 1 XA) dz 4 dfa FAo dx FAo dx dz d A 4 dx d A 1 dz 4 FAo Untuk buah pipa : dx d A 1 dz 4 FAo dimana : dxa d = peubahan konvesi pesatuan panjang = Jumlah tube (-A) = kecepatan eaksi = k CA CB

4 Z = tebal tumpukan katalisato Di = diamete dalam pipa abel 1 Komposisi Dengan ehitungan Kapasitas Reakto Input Massa, Kg/Jam CO 10663,8060 CO 64981,9304 O 1989,5890 O 57, ,1077 C4 600,197 Output Massa, Kg/Jam CO 390,615 CO 45933,1317 O 1969,6873 O 1746, ,885 C4 600,197 C3O 55,517 b Neaca panas elemen volume QR = panas eaksi Q = panas yang dibuang, ada pendinginan QR Q eat of input eat of output + eat of geneation - eat tansfe = Acc

5 ) ( 4 ) ( 0 lim ) ( 4 ) ( ) ( 4 ) ( 0 ) ( 4 ) ( 0 ) ( ) ( R A R A R A R A R A OD Ud ID OD Ud ID OD Ud ID OD Ud ID OD Ud V d FiCpi d = FiCpi( - ef) = Q = : Dimana ) ( 4 ) ( ) ( 4 ) ( R A R A OD Ud ID d d OD Ud ID d d Dimana: dz d = eubahan Suhu pesatuan panjang katalis ΔR = anas Reaksi Cpi Fi OD Ud d dx F d d OD Ud ID d d Cpi Fi R A R A ) ( ) ( ) ( 4 ) ( 0

6 Ud Do s = Oveall heat tansfe coefficient = Diamete lua = Suhu gas = Suhu efeensi f Neaca panas untuk pendingin endingin yang dipakai adalah Dowthem A yang stabil pada suhu C Komposisi Dowthem A : - 73,5 % Diphenyl Oxyde - 6,5 % Diphenyl Sifat-sifat fisis Dowthem A ( dalam K) dai idocabon ocessing Cp μ k = cal/gk = g/cm3 = (g/cmj) = cal/gcmk1 Alian pendingin dalam eakto seaah dengan alian gas Neaca anas pada elemen volum FA s Qp Δd +Δ FA + Δ s + Δ

7 mscps ( s Z o ) + Qp ms Cps (s + o) = 0 mscps (s Z s + ) = - Qp (s Z s + ) = - U Do ( s) ( m Cp) s (s Z s + ) / = - - (s + - s Z ) / = - U Do ( s) ( m Cp) s U Do ( s) ( m Cp) s s Z = U Do( s) ( m Cp) s lim ΔZ 0 ds dz = U Do( s) ( m Cp) s g enuunan tekanan Dalam pipa = penuunan tekanan dalam pipa beisi katalisato (Fixed bed) digunakan umus 116 (chapte 11 hal 49 Chemical Reacto Design Fo ocess lants ) d dz = G gdp 1 150(1 ) 1,75G Dp 3 Dimana : G = Kecepatan alian massa gas dalam pipa, g/cm 3 = Densitas gas, g/cm 3

8 Dp = Densitas petikel katalisato, cm G = Gaya Gavitasi, cm/det = oosity tumpukan katalisato = Viskositas gas, g/cm jam Data data sifat fisis bahan a Menentukan umpan Yi masuk abel Umpan YI Masuk Reakto Komponen BMi Massa Mol (kg/kmol) (kg/jam) (kmol/jam) yi CO ,8061 4,359 0,0905 CO , ,054 0,3195 O ,5830 6,1745 0,03 O 18 57,3683 9,9094 0, , ,0539 0,4088 C ,197 30,0096 0, ,0374 otal 85895, ,530 1 b Menentukan volume gas eakto n R = 676,530 kmol/jam = 0,0806 atmm 3 /Kmol o K = 3 atm Z = 1 V = nr Z = 3469,3097 m3/jam

9 c Menetukan densitas umpan kg BM (3 atm) (70 ρ = R Z = kmol ) m (0,0806 atm 3 = 0,869 Kmol K ) (473K)(1) d Menentukan viskositan umpan kg m 3 gas A B C abel 3 ehitungan Viskositas Umpan Masuk Reakto komponen A B C n gas, micopoise (oise=g/cm s) co 3,811 5,39E-01-1,54E-04 78,97 0, co 11,811 4,98E-01-1,09E-04 47,54 0, o 44,4 5,6E-01-1,13E ,05 0, ho -36,86 4,9E-01-1,6E ,09 0, h 7,758,1E-01-3,8E-05 18,03 0, ch4 3,844 4,01E-01-1,43E ,57 0, n 4,606 4,75E-01-9,88E-05 67,8 0, h 7,758,1E-01-3,8E-05 18,03 0, OAL 0, e Menentukan konduktivitas gas umpan k gas = A + B + C abel 4 Data Konduktivitas Umpan Masuk Reakto komponen A B C co 0, ,5E-05-1,91E-08 co -0,01 1,0E-04 -,4E-08 o 0,0011 8,6E-05-1,33E-08 ho 0, ,71E-05 4,96E-08 h 0, ,71E-05-6,49E-08 ch4-0, ,40E-04 3,3E-08 h 0, ,71E-05-6,49E-08

10 ehitungan Konduktivitas Umpan Reakto komponen faksi mol Kgas (W/m K) Yi Kgas (W/m K) co 0, ,036 0,003 co 0, ,031 0,010 o 0, ,039 0,001 ho 0, ,034 0,004 h 0, ,047 0,019 ch4 0, ,064 0,001 h 0, ,047 0,00 total 1 0, , f Menentukan kapasitas panas campuan gas Cp = A + B + C + D 3 + E 4 abel 7 Data Kapasitas anas Umpan Reakto dan pehitungan C komponen A B C D E co 9,556-6,58007E-03,0130E-05-1,7E-08,617E-1 co 7,437 4,315E-0-1,9555E-05 3,9968E-09 -,987E-13 o 9,56-8,8999E-03 3,8083E-05-3,69E-08 8,8607E-1 ho 33,933-8,4186E-03,9906E-05-1,785E-08 3,6934E-1 h 5,399,0178E-0-3,8549E-05 3,1880E-08-8,7585E-1 ch4 34,94-3,9957E-0 1,9184E-04-1,5303E-07 3,931E-11 n 9,34-3,5395E-03 1,0076E-05-4,3116E-09,5935E-13 h 5,399,0178E-0-3,8549E-05 3,1880E-08-8,7585E-1 ch3oh 40,046-3,887E-0,459E-04 -,1679E-07 5,9909E-11

11 Komponen yi BM Cp Cp Cpi = yicp (kg/kmol) kjoule/kmolk kjoule/kgk kjoule/kgk co 0, ,31 113, ,8 co 0, ,51 91,9375 9,370 o 0, ,49 160,0153 3,717 ho 0, ,039 33, ,391 h 0, ,18 470, ,874 ch4 0, , ,3194 3,849 h ,18 470,5909 9,306 Komponen Fi FiCpi Cpyi (kg/jam) Kjoule/jamK Kjoule/kmolK co 10663, ,101 45,4073 co 64981, ,989 3,096 o 1989, , ,9464 ho 57, , ,031 h 188, , ,7477 ch4 600, , ,9868 h , ,6113 total , ,880 g Data sifat katalis (CuO/ZnU/AlO3 γ-alumina) Diamete = 0,006 m Densitas atikel = 1783,5 kg/m 3 oositas = 45,53% 3 Dimensi eakto a Menentukan ukuan dan jumlah tube Diamete pipa eakto dipilih bedasakan petimbangan aga pepindahan panas bejalan dengan baik Mengingat eaksi yang tejadi

12 eksotemis, untuk itu dipilih alian gas dalam pipa tubulen aga koefisien pepindahan panas lebih panas lebih besa engauh atio Dp / Dt tehadap koefisien pepindahan panas dalam pipa yang beisi buti-buti katalisato dibandingkan dengan pipa kosong yaitu hw/h telah diteliti oleh Colbun s (smith hal 571) yaitu : 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 (Smith, Chem Kinetik Eng, 571) dipilih Dp/Dt = 0,15 dimana hw = koefisien pepindahan panas dalam pipa beisi katalis h = koefisien pepindahan panas dalam pipa kosong Dp = diamete katalisato Dt = diamete tube Sehingga : Dp/Dt = 0,15 Dp Dt = 0,6 cm = 0,6 / 0,15 = 6,6 cm = 1,575 in Dai hasil pehitungan tesebut, maka diambil ukuan pipa standa aga koefisien pepindahan panasnnya baik

13 Dai table 11 Ken dipilih pipa dengan spesifikasi sebagai beikut : Nominal pipe sie = in Outside diamete = 38 in = 508 cm Schedule numbe = 40 Inside diamete = 067 in = 604 cm Flow aea pe pipe = 0,533 in Alian dalam pipa tubule dipilih NRe = 3100 N Re = G gd t μ g G t = μ gn Re D t Dalam hubungan ini: g = viskositas umpan = 0,000189g/cmdet Dt = Diamete tube = 5,50 cm Re G t Dp kg G t = 5443,0583 m jam Digunakan 1 buah eakto : A t = G G t At = = 15780,404 cm 35148

14 Luas penampang pipa (Ao) = 4 ID = 3,14 (,093 cm) 4 = 1,6380 cm Jumlah pipa dalam eakto max = A t A 0 = 15780,404 1,6380 = 79,897 buah = 730 buah b Menghitung diamete dalam eakto Diencanakan tube disusun dengan pola tiangula pitch t = 1,5 x ODt = 1,5 x,38 =,975 in C = OD =, =,353 in

15 untuk menghitung diamete shell, dicai luas penampang shell total (A total) luas shell = Luas segitiga A total = Luas Segitiga ABC π 4 x IDs = ( 1 sin 60 ) Jadi : IDs = 4 3,33 π IDs = 90,534 cm Jadi diamete dalam eakto = 90,534 = 114,383 in c Menghitung tebal dinding eakto ebal dinding eakto (shell) dihitung dengan pesamaan : t s C f E 0,6 ( Bownell, pes13 1, p54) Dimana : ts = tebal shell, in E f = efisiensi pengelasan = maksimum allowable stess bahan yang digunakan (Bownell,tabel 13-1, p51) C = jai-jai dalam shell, in = fakto koosi, in

16 = tekanan design, si Bahan yang digunakan Stainless Steel SA 40 E f = 0,85 (double welded butt joint, tabel 13, 54) = 1650 psi C = 0,15 maka ts = 0,3446 in dipilih tebal dinding eakto standa 1/ in Diamete lua eakto = ID + x ts = 114,3835 in + ( x 0,3446 in) = 115,3835 in Sehingga dipilih diamete lua eakto 180 in 4 Menghitung head eakto a Menghitung tebal head eakto Bentuk head : Elipstical Dished ead Bahan yang digunakan: Low Alloy Steel SA-301 Gade A OD OA sf Ic B b=depth of dish ID A t a C

17 Gamba A-1 ead of eacto Keteangan gamba : ID OD a t ic b sf OA = diamete dalam head = diamete lua head = jai-jai dalam head = tebal head = jai-jai lua dish = jai-jai dalam sudut ic = tinggi head = staight flange = tinggi total head ebal head dihitung bedasakan pesamaan : t h IDs C f E 0, (Bownell, 1979) = tekanan design, psi = 5,9 psi IDs F = diamete dalam eacto, in = 114,3835 in = maksimum allowable stess, psi = 1650 psi E = efisiensi pengelasan = 0,85 C = fakto koosi, in = 0,15

18 maka th = 0,344 in dipilih tebal head eakto standa 1/ in b Menghitung tinggi head eakto ODs ts = 180 in = 1/ in didapat : ic = 11 in = 170 in a = IDs/ = 57,1918 in AB = a ic = 46,1918 in BC = ic = 159 in AC = (BC - AB ) 1/ = 15,144 in b = AC = 17,8576 in Dai tabel 56 Bownell p88 dengan th 1/ in didapat sf = 1,5 3,5 in peancangan digunakan sf = 3,5 in inggi head eakto dapat dihitung dengan pesamaan : h = th + b + sf = 1,8576m Menghitung tinggi eakto inggi eakto total = panjang tube + tinggi head top R = 75,5907 in + (*1,8576) in

19 = 97,4483 in = 7,555 m c Volume Reakto Volume head = 0, x IDs (Bownell & Young, 1959) Vh = 0, x (114,3835 in) = 0,001 m 3 Volume shell = /4(IDs) LS Vs = /4( 114,3835) 7 = 46,3847 m 3 Volume eakto = Vs + Vh V = 46,3847 m 3 + x 0,001 m 3 = 46,3847 m

20 abel 7 ehitungan asil Simulasi Reakto (m) x (K) s (K) C,d (j/mol) (- R) (atm) a dx/d d/d ds/d d/d Fi,Cpi 0,0000 0, , , , ,1914 3, ,7306 0,011 7, ,4584 0, ,468 0,1000 0, , , , ,1675 3,0000 9,8104 0,0110 3, ,418 0, ,9045 0,000 0,31 478, , , ,3617 3,0000 8,8678 0,0100 0, ,5059 0, ,1495 0,3000 0, , , , ,176 3,0000 7,9368 0, , ,17 0, ,6908 0,4000 0, , , , ,9558 3,0000 7,0431 0, , ,076 0, ,397 0,5000 0, , , , ,4870 3,0001 6,041 0,0070 1, ,3768 0, ,0855 0,6000 0, , , , ,5131 3,0001 5,4305 0, , ,6000 0, ,6419 0,7000 0, ,706 40, , ,9716 3,0001 4,777 0,0053 9, ,9387 0, ,8475 0,8000 0, , , , ,935 3,0001 4,0968 0,0046 7, ,5393 0, ,15 0,9000 0, , , , ,5995 3,0001 3,5360 0,0040 6, ,4647 0, ,3955 1,0000 0, , , , ,703 3,0001 3,0418 0,0034 5, ,714 0, ,8693 1,1000 0, , , , ,3504 3,0001,6091 0,009 4, ,315 0, ,3581 1,000 0, , , , ,383 3,0001,35 0,005 3, ,9399 0, ,335 1,3000 0, , , , ,7664 3,000 1,9064 0,001 3,355 41,737 0, ,1696 1,4000 0, , , , ,914 3,000 1,650 0,0018, ,5151 0, ,361 1,5000 0, , , , ,5854 3,000 1,3831 0,0016,399 30,1646 0, ,09 1,6000 0, , , , ,3780 3,000 1,1758 0,0013,081 5,5808 0, ,0971 1,7000 0, , , , ,4394 3,000 0,9984 0,0011 1,7141 1,6661 0, ,3810

21 1,8000 0, , , , ,5745 3,000 0,8471 0,0010 1, ,3311 0, ,393 1,9000 0, , , , ,618 3,000 0,7181 0,0008 1,39 15,4960 0, ,7660,0000 0, , , , ,430 3,000 0,6084 0,0007 1, ,0900 0, ,8158,1000 0, , , , ,8918 3,0003 0,5151 0,0006 0, ,0511 0, ,3196,000 0, , , , ,906 3,0003 0,4360 0,0005 0,7378 9,35 0, ,7396,3000 0, , , , ,3776 3,0003 0,3689 0,0004 0,63 7,8657 0, ,4609,4000 0, , , , ,449 3,0003 0,310 0,0004 0,563 6,635 0, ,453,5000 0, , , , ,4435 3,0003 0,638 0,0003 0,4445 5,591 0, ,3013,6000 0, , , , ,9 3,0003 0,30 0,0003 0,3754 4,713 0, ,6313,7000 0, , , , ,6373 3,0003 0,1884 0,000 0,3170 3,9709 0, ,9779,8000 0, , , , ,553 3,0003 0,159 0,000 0,677 3,3457 0, ,149,9000 0, , , , ,6361 3,0004 0,1345 0,000 0,61,8187 0, ,098 3,0000 0, , ,134 61, ,864 3,0004 0,1137 0,0001 0,1909,3744 0, ,4849 3,1000 0, , , , ,090 3,0004 0,0960 0,0001 0,161,0001 0, ,7583 3,000 0, , , , ,6574 3,0004 0,0811 0,0001 0,1361 1,6847 0, ,030 3,3000 0, , , , ,1915 3,0004 0,0685 0,0001 0,1149 1,4190 0, ,6005 3,4000 0, , , , ,798 3,0004 0,0578 0,0001 0,0970 1,1951 0, ,3656 3,5000 0, , , , ,4661 3,0004 0,0488 0,0001 0,0819 1,0066 0, ,8831 3,6000 0, , , , ,1857 3,0004 0,041 0,0000 0,069 0,8478 0, ,3746 3,7000 0, , , , ,9489 3,0005 0,0348 0,0000 0,0584 0,7141 0, ,5389 3,8000 0, , , , ,7490 3,0005 0,094 0,0000 0,0493 0,6014 0, ,483 3,9000 0, , , , ,580 3,0005 0,048 0,0000 0,0416 0,5066 0, ,1388

22 4,0000 0, , , , ,4377 3,0005 0,010 0,0000 0,035 0,467 0, ,1099 4,1000 0, , , , ,3174 3,0005 0,0177 0,0000 0,097 0,3594 0, ,7475 4,000 0, ,61 491, , ,158 3,0005 0,0149 0,0000 0,051 0,307 0, ,686 4,3000 0, , , , ,1300 3,0005 0,016 0,0000 0,01 0,550 0, ,894 4,4000 0, , , , ,0576 3,0005 0,0107 0,0000 0,0179 0,148 0, ,9651 4,5000 0, , , , ,9964 3,0006 0,0090 0,0000 0,0151 0,1810 0, ,990 4,6000 0, , , , ,9448 3,0006 0,0076 0,0000 0,017 0,155 0, ,3036 4,7000 0, , , , ,901 3,0006 0,0064 0,0000 0,0108 0,184 0, ,5450 4,8000 0, , , , ,8644 3,0006 0,0054 0,0000 0,0091 0,108 0, ,8791 4,9000 0, , , , ,8334 3,0006 0,0046 0,0000 0,0077 0,091 0, ,5613 5,0000 0, , , , ,8071 3,0006 0,0039 0,0000 0,0065 0,0768 0, ,3405 5,1000 0, , , , ,7850 3,0006 0,0033 0,0000 0,0055 0,0647 0, ,5375 5,000 0, , , , ,7663 3,0006 0,007 0,0000 0,0046 0,0545 0, ,110 5,3000 0, , , , ,7505 3,0007 0,003 0,0000 0,0039 0,0459 0, ,718 5,4000 0, , , , ,737 3,0007 0,000 0,0000 0,0033 0,0387 0, ,753 5,5000 0, , , , ,759 3,0007 0,0017 0,0000 0,008 0,036 0, ,3960 5,6000 0, , , , ,7164 3,0007 0,0014 0,0000 0,003 0,075 0, ,643 5,7000 0, , , , ,7084 3,0007 0,001 0,0000 0,000 0,03 0, ,338 5,8000 0, , , , ,7016 3,0007 0,0010 0,0000 0,0017 0,0195 0, ,1771 5,9000 0, , , , ,6959 3,0007 0,0008 0,0000 0,0014 0,0165 0, ,774 6,0000 0, , , , ,6911 3,0007 0,0007 0,0000 0,001 0,0139 0, ,6301 6,1000 1, , , , ,6870 3,0007 0,0006 0,0000 0,0010 0,0117 0, ,1717