LMIRN REKOR ehitungan Reakto Jenis : Reakto ixed Bed Multitube Kondisi Opeasi : Suhu = 300-350 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
111 Dimana : Sehingga dipeoleh : d d V 0 lim 0 0 dx d x 1 0 0 0 0 d dx d dx
11
* Kecepatan eaksi - : E a k o exp popylene R Ko = 350E+0 m3/kmoljam Ea = 9 Kj/mol metanol = y popylen C 3 6 + 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 0 0 0 X + 1 X 0 0 B0 otal 0 = 0 + B0 jadi : X 01 popylen 0 113
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 0 0 0 1 b esamaan neaca panas pada elemen volum eat of input eat of output + eat of geneation - eat tansfe = cc 11
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
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 0 3 116
d essue dop essue dop pada eakto dicai menggunakan pesamaan Egun ogle, p159 d d Gt g D g 1 1501 175 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 -0151 05706-89797E-06 toluene 1787 03566-93508E-06 popilene -730 0318-9516E-05 popana -56 037-1067E-0 cumene -107 05591-3606E-05 DIB -3377 0089-368E-05 117
b Kapasitas panas campuan gas Cp = + B + C + D 3 + E Joule/molK fomula B C D E 1981Epopilene 31980 007 0-158E-07 697E-11 popana 8770 01160 19597E- 0-371E-07 68669E-11 benene -313680 076-31137E- 0 8537E-08-505E-1 toluene -0970 0519-987E- 0 610E-08 1576E-1 cumene 10190 0511-17703E- 05-61E-07 8800E-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,005 118
Komponen ΔkJ/kmol popilene 881938 popana 335690098 benene 136086 toluene 510708713 cumene 710583 DIB 103995869 total 33061011 ΔR 98 = Δf C 9 1 - 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 0,100161 d ef - 5,008 x 10-5 d ef,15 x 10-8 3-1 d - 6,906 x 10 d ef 119
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
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 = 0000166077 g/cms Dp = 0,3 cm sehingga dipeoleh Gt = 17161986 g/cm s - Luas penampang total t t = G/ Gt G = umpan total = 7,1107 kg/jam = 756,1186 g/s Sehingga dipeoleh t = 0,608773 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 = 96 33 tube 11
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 = 397186 m/jam Luas penampang total t = Q v V max Jumlah tube minimum : min = t/ o =1995,906 m 1
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
itch = 1,5 x OD = 1,5 x 1,66 in =,075 in Cleeance C = OD =,075 in 1,66 in = 0150 in 1
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
= / = 8,1686 / in = 1,08 in 16
= 5 atm = 3675 psi ovedesign 0 % Jadi = 10/100* = 1 psi 1*783756 / maka ts = 0, 15 1650085 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
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
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 = 0,70507788 in dipilih tebal head eakto standa 1 in 19
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 +,765 + 3,5 in = 9,65 in = 0,335106 m 130
e inggi Reakto Diketahui tinggi shell =,1 m inggi eacto total total = anjang ube + *tinggi head = 8,15 m + *0,335106 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
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 = 1,99933919 W/m o C * sifat-sifat fisis udaa pada suhu f olman,1988 Dafta -5 f = 315,5 K υ = 0,0000 13
k = 00719W/m o C = 07059 β = 000316957K -1 µ = 0000019kg/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 1 3 3 g 3 u L 133
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
abel eubahan Konvesi,Suhu Dan ekanan ehadap anjang Reakto m x K s K atm 0 0 63 303,0000 1,0000 0,11659795 63,119 311,3,0000 0,33197113 63,73 319,79 3,0000 0,3979759 63,3 37,1101,0000 0,66399396 63,60 33,73 5,0000 0,5830059 63,5863 3,1811 6,0000 0,69960708 63,7111 39,31 7,0000 0,81613017 63,838 356,98 8,0000 0,9380387 63,9681 363,386 8,1500 0,950311617 63,9878 36,03 5 500 500 500,99 99 99 99 99 99 135
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 = 30300 K Suhu pendingin kelua p out = 500 K 136