REAKTOR

Tugas

Jenis

Jumlah

:

:

:

Mereaksikan CH2O menjadi C3H6O3 dengan katalis H2SO4

dengan kecepatan umpan masuk reaktor 250.000 kg/jam.

Reaktor Alir Tangki Berpengaduk

4 (Pararel)

Kondisi Operasi:

Tekanan : 14,96 atm

Suhu : 1100C

1. Umpan Masuk Reaktor

Komponen BM (kg/kmol)

Massa (kg/jm)

Mol (kmol/jm)

ρ (kg/m3) Fv (m3/jam)

kmol/L

CH2O 30 125.000,00 4.166,67 515,4304 242,5158 0,0172

CH3OH 32 1.268,75 39,65 699,8024 1,8130 0,0219

H2O 18 113.731,25 6.318,40 945,5925 120,2751 0,052

1

CH2O CH3OH

H2O

H2SO4 H2O

CH2OCH3OH

H2OC3H6O3

H2SO4

Pendingin masuk

Pendingin keluar

R-01

P = 14,96 atmT = 110oC

P = 14,96 atmT = 110oC

P = 14,96 atmT = 110oC

5H2SO4 98 10.000,00 102,04 1.726,52

445,7920 0,017

6Total 250.000,00 10.626,76 3.887,34

98370,3959

2. Menentukan Waktu Reaksi, Volume Reaktor dan Tekanan Operasi

a. Waktu Reaksi dan Volume Reaktor

Data yang didapat dari Grutzner, et al. (2006) dan perhitungan sebagai berikut:

Suhu operasi = 110°C

Konversi = 0,025 terhadap CH2O

3 C H2 O→ C3 H6O3

(A) (D)

Dimana persamaan laju reaksi sebagai berikut:

−r A=k .CA

Dengan :

C A = konsentrasi CH2O (kmol /m3)

k = konstanta kecepatan reaksi ( jam−1)

−r A = laju reaksi kecepatan A (kmol /m3. jam)

Komposisi umpan:

F A0 = 4.166,67 kmol/jam (CH2O)

FB0 = 39,65 kmol/jam (CH3OH)

FC 0 = 6.318,4 kmol/jam (H2O)

FD0 = 0 kmol/jam (C3H6O3)

FE0 = 102,04 kmol/jam (H2SO4)

F t 0 = 10.626,76 kmol/jam

Fv = q = q0 = 370,3959 m3/jam

Suhu = 110°C

Neraca mol ( terhadap A ) :

Rin - Rout + Rgen = Racc

F A 0−F A+r A .V =0 (steady-state)

2

F A 0−F A 0 (1−X A )+r A .V =0

F A0−F A0+F A0 . X A+r A . V =0

F A0 . X A+r A . V=0

F A 0 . X A=−r A .V

V = F A 0 . X A

−r A

V = F A 0. X A

k . C A

V = F A 0.X A

k .C A0 (1−X A )

V = F A 0.X A

k .C A 0 (1−X A )

V = q0 . X A

k . ( 1−X A )

waktu reaksi = τ=Vq0

C A0=F A 0

q0= 4166,67 Kmol /Jam

370,3959 m3/ jam=11,2492 kmol

m3

Dengan:

k = konstanta laju reaksi = 0,0828 jam−1

X A = konversi A (CH2O) = 0,025

C A 0 = konsentrasi umpan A (CH2O) =11,2492 kmol/m3

τ = waktu reaksi

V = volume cairan

Kemudian dibuat hubungan antara konversi, waktu reaksi dan volume cairan:

Konversi = dicoba dari 0 s/d 0,95 (terhadap CH2O)

Suhu = 110 ℃ Fv = q0 = 370,3959 m3/ jam

Dengan menggunakan konstanta laju reaksi (k) sebesar:

k=0,0828 jam−1

3

V = q0 . X A

k . ( 1−X A )

V = 370,3959 m3/Jam. X A

0,0828 jam−1 . (1−X A ) .............(dalam m3)

waktu reaksi = τ=Vq0

....................(dalam jam)

Xa Vl (m3) τ (jam)0 0 0

0,025 114,7021 0,30970,05 235,4411 0,63560,1 497,0422 1,3419

0,15 789,4200 2,13130,2 1118,3450 3,0193

0,25 1491,1267 4,02580,3 1917,1629 5,1760

0,35 2408,7431 6,50320,4 2982,2534 8,0515

0,45 3660,0383 9,88140,5 4473,3801 12,0773

0,55 5467,4646 14,76110,6 6710,0701 18,1159

0,65 8307,7059 22,42930,7 10437,8869 28,1804

0,75 13420,1403 36,23190,8 17893,5204 48,3092

0,85 25349,1538 68,43800,9 40260,4208 108,6957

0,95 84994,2217 229,4686

Dari hubungan konversi, waktu reaksi dan volume, dipilih konversi 0,025 karena

reaksi yang berjalan lambat, dengan peningkatan konversi reaksi di atas 0,025 teryata

waktu reaksinya menjadi tidak efisien. Selain itu, dipilihnya waktu reaksi yang lebih

lama akan mengalami kesulitan pada media pendingin yang akan digunakan, karena

waktu dan volume reaktor yang besar. Sehingga dipilih kondisi reaksi sebagai berikut:

T = 110°C = 383 K

Konversi = 0,025

4

k = 0,0828 jam−1

Waktu reaksi = 0,3097 jam = 18,5805 menit

Volume cairan di reaktor = 114,7021 m3 = 114,7021 m3 x 1 ft3

0,003785 m3 = 30304,3735

gallon

Berdasarkan Tabel 7.3 Silla diketahui bahwa ukuran standard RATB maksimal

pada 10.000 gallon, maka reaktor disusun secara pararel 4 buah, sehingga volume cairan

per reaktor:

V cairan per reaktor = 114,7021m3

4 = 28,6755 m3

b. Penentuan Tekanan Reaksi

Reaksi berjalan pada kondisi cair jenuh, penentuan tekanan operasi

menggunakan persamaan Antoine.

log Pi = A + B/T + C Log (T) + D (T) + E (T2)

Dengan:

Pi = Tekanan uap (mmHg)

A, B, C, D,dan E = Konstanta

T = Suhu operasi (K)

Pada CH2O:

log (P) = 41,9063 - 2,1355 x 103

383 - 13,765 x Log (383) + 9,568 x10-3x(383) - 5,1101x10-12 x

(3832)

= 4,437

Pi = 104,437 mmHg x 1atm

760 mmHg x 1,01325 ¿̄1 atm ¿ = 36,5004 bar

Jadi pada CH2O didapatkan tekanan uap sebesar 36,5004 bar.

Ekuivalen dengan pehitungan pada CH2O diatas didapatkan hasil seperti pada

tabel berikut ini:

Komponen

Mol (kmol/jam) Fr. Mol (X) Log (Pi) Pi (bar) K = Pi/P Y = K.X

CH2O 1.041,67 0,3921 4,437436,500

4 2,40720 0,9439000CH3OH 9,91 0,0037 3,5533 4,7665 0,31440 0,0012000H2O 1.579,60 0,5946 3,0287 1,4242 0,09390 0,0558000

5

H2SO4 25,51 0,0096 -0,8211 0,0002 0,00001 0,0000001Total 2.656,69 1 1Setelah trial error yang menghasilkan nilai ∑Y=1, didapatkan nilai tekanan operasi pada

reaktor (P) sebesar 15,16 bar atau 14,96 atm.

3. Neraca Massa

Umpan masuk CH2O untuk keseluruhan reaktor:

CH2O

CH3OH

H2O

= 4.166,67kmol/jam

= 39,65 kmol/jam

= 364,47 kmol/jam

= 125.000,00 kg/jam

= 1.268,75 kg/jam

= 6.560,4395 kg/jam

Jumlah = 4.570,78 kmol/jam = 132.829,1895 kg/jam

Umpan masuk H2SO4 untuk keseluruhan reaktor:

H2SO4

H2O

=102,04 kmol/jam

= 5.953,93 kmol/jam

= 10.000 kg/jam

= 107.170,8105 kg/jam

Jumlah = 6.055,97 kmol/jam = 117.170,8105 kg/jam

Komposisi keluar untuk keseluran reaktor:

CH2O = 4.062,5 kmol/jam = 121.875,00 kg/jam

CH3OH = 39,65 kmol/jam = 1.268,75 kg/jam

H2O = 6318,40 kmol/jam = 113.731,25 kg/jam

C3 H6 O3 = 34,72 kmol/jam = 3.125,00 kg/jam

H2SO4 = 102,04 kmol/jam = 10.000,00 kg/jam

Jumlah = 10.557,3

1

kmol/jam = 250.000,00 kg/jam

Komponen BM Massa masuk(kg/jam)

Mol masuk(kmol/jam)

Mass keluar(kg/jam)

mol keluar(kmol/jam)

CH2O 30 125.000,00 4.166,67 121.875,00 4.062,50

CH3OH 32 1.268,75 39,65 1.268,75 39,65

6

H2O 18 113.731,25 6.318,40 113.731,25 6.318,40

C3 H 6 O3 90 0,00 0,00 3.125,00 34,72

H2SO4 98 10.000,00 102,04 10.000,00 102,04

Total 250.000,00 10.626,76 250.000,00 10.557,31

Sedangkan untuk neraca massa per reaktor sebagai berikut:

Komponen BM Massa masuk(kg/jam)

Mol masuk

(kmol/jam)

Mass keluar(kg/jam)

mol keluar(kmol/jam)

CH2O 30 31.250,00 1.041,67 30.468,75 1.015,63

CH3OH 32 317,19 9,91 317,19 9,91

H2O 18 28.432,81 1.579,60 28.432,81 1.579,60

C3 H 6 O3 90 0,00 0,00 781,25 8,68

H2SO4 98 2.500,00 25,51 2.500,00 25,51

Total 62.500,00 2.656,69 62.500,00 2.639,334. Neraca Panas

Diketahui kapasitas panas (cp) masing-masing komponen sebagai berikut:

cpl= A + B.T + C.T2+ D.T3 (Satuan: J/mol.K)

Komponen A B C DCH2O -16,11 0,87229 -0,0023665 2,4454E-06

CH3OH 40,152 0,31046 -0,0010291 1,4598E-06

H2O 92,053 -0,039953 -0,00021103 5,3469E-07

C3H6O3 -127,928 1,9657 -0,0048761 0,000004489

H2SO4 26,004 0,70337 -0,0013856 1,0342E-06

7

Neraca Panas

Panas Masuk - Panas Produk + Panas Reaksi + Panas Pelarutan = Panas Akumulasi

∑ n(i¿) ∫Tref

Tin

cp (i)dT−∑ n (i¿) ∫Tref

Tout

cp (i )dT +∆ Hreaksi+∆ Hpelarutan=0+Q ¿¿

a. Panas Masuk (Qreaktan)

Suhu umpan masuk reaktor = 1100C = 383 K

Suhu referensi = 250C = 298 K

Cp = A + B.T + C.T2 +D.T3

Cp dT = A.T + B/2.T2 + C/3.T3 +D/4.T4

Cp dT = A.(Tin-Tref) + B/2.( Tin2-Tref2) + C/3.( Tin3-Tref3) + D/4.( Tin4-Tref4)

Qreaktan =∑ n(i¿)∫Tref

Tin

cp (i)dT ¿

= ∑ n(i¿)∫298

383

cp( i)dT ¿

Komponen

Mol(kmol/jam)

Cp.dT(J/mol)

Cp.dT(KJ/kmol)

Qmasuk

CH2O 1.041,67 8767,7467 8767,7467 9.133.069,4446CH3OH 9,91 7178,8632 7178,8632 71.157,6769H2O 1.579,60 6399,8397 6399,8397 10.109.191,2262

H2SO425,51 12366,163

912366,1639 315.463,3643

Jumlah 19.628.881,7121

b. Panas Keluar (Qproduk)

Suhu hasil reaksi keluar reaktor = 1100C = 383 K

Suhu referensi = 250C = 298 K

8

Cp = A + B.T + C.T2 +D.T3

Cp dT = A.T + B/2.T2 + C/3.T3 +D/4.T4

Cp dT = A.(Tout-Tref) + B/2.(Tout2-Tref2) + C/3.(Tout3-Tref3) + D/4.(Tout4-Tref4)

Qproduk =∑ n(i)∫298

383

cp(i)dT

Komponen Mol (kmol/jam)

Cp.dT (J/mol)

cp.dT (kJ/kmol) Qkeluar

CH2O 1.015,63 8.767,7467 8.767,7467 8.904.742,7085CH3OH 9,91 7.178,8632 7.178,8632 71.157,6769H2O 1.579,60 6.399,8397 6.399,8397 10.109.191,2262C3H6O3 8,68 13.013,2309 13.013,2309 112.962,0734H2SO4 25,51 12.366,1639 12.366,1639 315.463,3643

Jumlah     19.513.517,0494

c. Panas Reaksi

Dari Yaws, 1999 diperoleh:

Umpan masuk CH2O (FA0) = 1.015,63 kmol/Jam

Konversi CH2O (Xa)` = 0,025

Panas pembentukan CH2O = -115.900 kJ/kmol

Panas pembentukan C3H6O3 = -465.900 kJ/kmol

Qreaksi = FA0.Xa.(ΔHr Total)

ΔHr Total = ΔH r std+∫298

383

Cp reaktan .dT−¿∫298

383

Cp produk . dT ¿

ΔHr Total = ΔH r std+F 1−F 2

9

ΔHr std = ΔHf produk - ΔHreaktan

= (-465.900 kJ/kmol) – (3 x -115.900 kJ/kmol)

= -118.200 kJ/mol

Komponen F1 (kJ/kmol) F2 (kJ/kmol)CH2O 8.767,7467 -C3H6O3 - 13.013,2309

Jumlah 8.767,7467 13.013,2309

ΔHr Total = (-118.200 + (13.013,2309) - (3 x 8.767,7467)) kJ/kmol

= -131.490,0091 kJ/kmol

Qreaksi = 1.015,63 kmol/jam . 0,025 -131.490,0091 kJ/kmol)

= -3.338.613,5136 kJ/jam

d. Panas Pelarutan

Dari Himemblau halaman 209 diperoleh data sebagai berikut:

H2SO4 pada 8,53% pada suhu 110oC = 137 BTU/lb = 317,9946 kJ/kg

H2SO4 pada 8,08% pada suhu 110oC = 142 BTU/lb = 329,6 kJ/kg

Panas pelarutan = m . λ = 2.500 kg/jam x (317,9946 - 329,6)kJ/kg

Panas pelarutan = -29.014,1009 kJ/jam

Neraca panas

Panas Masuk - Panas Produk + Panas Reaksi + Panas Pelarutan = Panas Akumulasi

Asumsi: Panas yang hilang = 0, sehingga

∑ n(i¿) ∫Tref

Tin

cp (i)dT−∑ n (i¿) ∫Tref

Tout

cp (i )dT +∆ Hreaksi+∆ Hpelarutan=0+Q ¿¿

(19.628.881,7121) – (19.513.517,0494) + (-3.338.613,5136 ) + (-29.014,1009) = Q

Q = -3.252.262,9517 kJ/jam

Pendingin yang dibutuhkan = -3.252.262,9517 kJ/jam

10

5. Dimensi Reaktor

a. Diameter Reaktor

4 reaktor disusun pararel sehingga dimensi keempatnya sama.

V head=π D2

4x D

6 (Brownell and Young, 1959 hal 80)

Terdiri dari 2 head yaitu tutup atas dan tutup bawah

2 V head=π D3

12

Vr=V shell+2 V head

Vcairan = 28,6755 m3

Overdesign = 20%

Vreaktor = 1,2 x Vcairan

= 1,2 x 28,6755 m3

= 34,4106 m3 = 9091,312 gallon

Dari tabel 7.3 Silla dapat ditentukan:

D standar = 144 in = 3,6576 m

H standar = 135 in = 3,429 m

Vreaktor = 10.000 gallon =37,85 m3

b. Tebal head (dasar):

Dipilih tutupnya jenis ellipsoidal dished heads, karena tekanan operasi berada di atas

200 psig (Brownell and Young, hal 88).

11

Bahan konstruksi yang digunakan adalah SA-240, tipe 316 (Brownell and Young, hal

342), maka tegangan maksimal yang diijinkan (fall) = 18.750 psi (Brownell and Young,

hal 342)

Efisiensi sambungan yang dipakai adalah jenis double welded butt joint, E = 80 %

(Brownell and Young, tabel 13.2, hal 254)

Faktor korosi (C) untuk stainless steel = 0,125 in (Peters, M.S., K.D., Timmerhaus,

“Plant Desaign and Economics for Chemical Engineers”, ed V)

P = 14,96 atm digunakan faktor keamanan sebesar 20 %, sehingga tekanan perancangan

(P) = 1,2 x 14,96 atm x 14,7 psi1atm = 263,9731 psi

thead = P . D

2 Fall .E−0,2. P+C

=

263,9731 x 144∈ ¿(2 x18.750 psi x 0,80)−(0,2 X 263,9731 psi)

+0,125∈¿¿

= 1,3943 in

Distandarkan dengan tebal standar yaitu = 1,4375 in = 0,0365 m

c. Tinggi head

Keterangan:

icr : Inside-Corner Radius

12

sf : Straight Flange

r : Radius Of Dish

OD : Outside Diameter

b : Depth Of Dish (Inside)

a : Inside Radius

IDs : diameter dalam shell = 3,6576 m = 144 in

a = IDs

2

= 3,6576

2 = 1,8288 m

ODs = IDs + 2 thead

= 3,6576 m + 2 (0,0365) m = 3,7306 m

r = IDs = 3,6576 m

Dari tabel 5.7 Brownell and Young, hal 90 diperoleh icr 8,75 in = 0,2223 m

B` = r - (BC2 - AB2)1/2

AB = a – icr

= 1,8288 m – 0,2223 m = 1,6066 m

BC = r- icr

= 3,6576 m – 0,2223 m = 3,4354 m

b = r – √(BC )2−(AB)2 = 3,6576 m – √(3,4354 m)2−(1,6066 m)2

Jadi, b = 0,6211 m

Dari tabel 5.6 Brownell and Young hal 88 diperoleh:

Sf = 4,5 in (range = 1,5 – 4,5 in)

Sf = 0,1143 m

13

Sehingga,

tinggi head = thead + b + sf

= 0,0365 m + 0,6211 m + 0,1143 m = 0,7719 m

d. Volume cairan dalam head (Vhead)

V head=0,000076 IDs3

Vhead=volumecairan didalam head , ft 3

IDs = Diameter dalam, in3

V head=0,000076 x1443 = 226,9348 ft3 = 6,4261 m3

e. Volume cairan di Shell

V shell=Vr−V head

¿34,4106 m3– 6,4261 m3¿27,9845 m3

f. Tinggi cairan di shell

V shell= π D2 H4

t shell (H)=4.V shellπ D2 =4 (27,9845 )

π (3,429 )2=2,6647 m

g. Tinggi reaktor (tR)

tR = tshell + 2 (tinggi head)

= 3,429 m + 2 x 0,7719 m = 4,9727 m

h. Menghitung tebal shell

14

Mnenetukan tebal dinding tangki

Bahan konstruksi yang digunakan: SA-240, tipe 316 (Brownell and Young, hal

342) dengan pertimbangan:

1. Memiliki struktur yang kuat.

2. Memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi.

3. Tahan terhadap suhu tinggi.

4. Tahan tarikan.

Data-data yang digunakan:

Tegangan maksimal yang diijinkan (fall) = 18.750 psia

Efisiensi sambungan (E) untuk Double Welded Butt Joint = 0,8. (Brownell and

Young, tabel 13.2, hal 254)

Faktor korosi (C) = 0,125 in

(Peters, M.S., K.D., Timmerhaus, “Plant Desaign and Economics for Chemical

Engineers”, ed V)

P = 14,96 atm digunakan faktor keamanan sebesar 20 %, sehingga tekanan

perancangan (P) = 1,2 x 14,96 atm x 14,7 psia

1atm = 263,9731 psi

ts = (Pgauge . IDs)/(4𝑓∈+0.8 Pgauge) + 𝐶′

ts = 263,9731 psi ×3,6576 m

4× 18.750 psi ×0,80+0,8 × 263,9731 psi+0,125∈¿

ts = 0,7563 inmaka dipilih tebal standar 0,8125 in = 0,0206 m (Brownell and Young, hal 88)

i. Mengitung pengaduk dalam Reaktor

Dipilih berdasarkan viskositas fluida yang diaduk (Holland, F.A dan

F.S.,Chapman , Liquid Mixing and Processing in Strirred Tanks, Reinhold New

York , 1966)

15

Komponen

BM mass OUT (kg/jam)

fr. Massa (X)

log (µ) µ[ cP ]

X . µ

CH2O 30 30468,7500 0,4875 -1,213998301

0,0611

0,0298

CH3OH 32 317,1875 0,0051 -0,661603053

0,2180

0,0011

H2O 18 28432,8125 0,4549 -0,597882101

0,2524

0,1148

C3H6O3 90 781,2500 0,0125 -0,389194831

0,4081

0,0051

H2SO4 98 2500,0000 0,0400 0,597246128 3,9559

0,1582

Total 62500,0000 1 0,3091

Untuk µ = 0,3091 cP, maka jenis pengaduk yang dipilih adalah flat blade turbin

16

Gambar pengaduk dalam reaktor

Dipilih : Pengaduk type Turbine dengan 6 flat blade, jumlah baffle 4 buah

(fig 8.4, Rase)

1. Perhitungan dimensi pengaduk

Da/Dt = 1/3

E/Dt = 1/3

L/Da = 1/4

W/Da = 1/5

J/Dt = 1/12

Keterangan

L : lebar blade (m)

Da : Diameter pengaduk (m)

Dt : Diameter reaktor (m)

W : Tinggi blade (m)

J : Lebar baffle (m)

H : tinggi shell(m)

(Mc Cabe, hal 243)

Da= Dt3

=3,6576 m3 = 1,2192 m

17

W =Da5

=1,2192m5 = 0,2438 m

L= Da4

=1,2192 m4 = 0,3048 m

J= Dt12

=3,6576 m12 = 0,3048 m

E=Dt3

=3,6576 m3 = 1,2192 m

2. Perhitungan Kecepatan Pengadukan

Dari tabel 8.2 hal 338, Howard F.Rase, diketahui kecepatan perputaran untuk

pengaduk tipe flat blade turbine impeller, dengan 6 flat blade, yaitu sebesar: N

= 500 – 700 fpm.

Dipilih N = 500 fpm = 152,4 m/menit

N = 152,4π . Di

= 152,4 m /menitπ .1,2192m 3 = 39,8089 rpm = 0,6635 rps

Digunakan kecepatan standar = 45 rpm = 0,6167 rps. (Walas, hal 288)

3. Perhitungan Power Number

Bilangan Reynold

Dengan hubungan :

Re : Bilangan Reynold

µl : viskositas fluida yang diaduk [ kg /m s ]

viskositas fluida yang diaduk = 0.3091 cP = 0,0003 kg/m.sec

18

Re= ρl N Di2

μl

Rapat massa campuran = 674,9535 kg/m3

ℜ=674,9535 kg

m3x0,6167 rps x1,2192 m

0,000 3 kg /m. sec = 2.001.860,258

4. Perhitungan Tenaga Pengadukan

Tenaga pengadukan (P) : (Walas, fig 10.5 hal 291)

P = Np . ρ . N3 . Di5

Dengan hubungan :

Di : Diameter pengaduk (m)

N : kecepatan putar (1/s)

Np : Bilangan Daya

P : Daya penggerak (Watt)

ρl : Rapat massa fluida yang diaduk

(kg/m3)

Bilangan Daya Np diperoleh dari Fig 10.59, Rase, halaman 348

Gambar Hubungan bilangan Re dengan daya penggerak pengaduk

Dari Nre sehingga didapatkan grafik nilai Np (power number):

19

Np = 5

Daya penggerak pengaduk

P0=5× 674,9535 kgm3 ×(0,6167 s−1)3×(1,2192 m)5

= 2131,9159 kg .m2 /s3

= 2131,9159 N.m/s

= 2131,9159 J/s = 2131,9159 Watt = 2,1319 kW

Efisiensi motor

Diperoleh dari tabel 3.1. Towler, halaman 111

Tabel Efisiensi motor penggerak poros pengaduk

Dari tabel diperoleh :

Efisiensi= 80 %

Power¿P

efisiensi=2,1319

0,80 = 2,6649 kW = 3,57 HP

Motor standar, diperoleh dari Ludwig, E.E., Applied Process Desaign For

Chemical and Petrochemical Plants, Gulf Publishing, Co. Houlson, Texas,

(2001), edisi 3, halaman 628

20

Motor standar : Motor induksi dengan daya 5 HP

j. Perancangan poros pengaduk:

Berdasarkan Chopey , Handbook of chemical engineering calculation (2001),

halaman 12.17 sampai halaman 12.20

1) Menghitung beban hydraulic

Persamaan yang digunakan:

τ= Power / N

Keterangan:

τ : beban hidraulic ,N m

N : kecepatan putar = 0,6167 rps

Power : Daya penggerak = 5 HP = 3728,5608 N.m/s

τ = Power / N

= 3728,5608 N . m /s

0,6167 s−1 =6046,3148 N.m

2) Momen Bending

M =0.3 (Power /N )( L / Di )

21

L : Panjang poros [ m ]

Di : diameter impeller = 0,3048 m

L = tinggi head + tinggi shell - 1/3 Tinggi shell

= 0,7719 m + 2,6647 m – (1/3 x 2,6647)

= 2,5484 meter

M = 0.3 (Power /N )( L / Di )

= 0,3 x 3728,5608 N .m /s

0,6167 s−1 x 2,5484 m0 ,3048 m = 15165,5524 N.m

3) Diameter poros

dshaft= [ 16 x ( τ2 + M2)0.5 / ( π σs)]1/3

σs : allowable stress = 18750 psi = 129276699,2 N/m2

dshaft = 16 x ((6046,3148 N . m)2+(15165,5524 N .m)2)0,5

(3,14 x129276699,2 Nm 2 )

1/3 = 0,0863 m

4) Volume poros

Vporos= π dshaft2x Lporos

Vporos=3,14 x (0,0863 m)2 x2,5484 m4

=0,0149 m3

5) Volume Impeller

Lebar impeller = 0,3048 m

Panjang impeller = 0,2438 m

tebal impeller = 5/16 in = 0,0079 m

Jumlah sudu = 6

22

V impeller = Panjang x lebar x tebal x jumlah sudu

V impeller=0,3048 m x 0,2438 m x 0,0079 m x6=0,0035 m3

Volume pengaduk = Vporos + Vimpeller = 0,0149 m3+0,0035 m3 = 0,0185 m3

Volume cairan yang menempati shell= 22,2494 m3

Tinggi Cairandalam shell= Vshellπ /4 x IDs2 =

22,2494 m3

3,144

x(3,6576 m)2 = 2,1186 m

Volume cairan sesudah diberi pengaduk = (22,2494 + 0,0185)m3 = 22,2679 m3

Tinggi cairan dalam shell sesudah pengaduk= Vπ4

x Id2= 22,2679 m3

π4

x (3,6576 m )2 = 2,1204 m

Tinggi cairan dalam tutup dasar = 0,7719 m

Tinggi cairan dalam reaktor sesudah diberi pengaduk = 2,1204 m + 0,7719 m

= 2,8923 m.

6. Perancangan Pendingin

T fluida = 110oC = 230oF

Jenis Pemanas = Air pendingin

Didesain air pendingin mempunyai:

Suhu masuk : 30oC = 86oF = 303 K

Suhu keluar : 40 oC = 104 oF = 313 K

deltaT : 10 oC = 10 K

deltaT LMTD : 134,7997 oF

Suhu rerata air pendingin : 35 oC

Cp air : 95,3701 J/mol.K

µ air : 0,7356 cp

ρ air : 994,042 kg/m3

23

Pendingin yang dibutuhkan reaktor = 3.252.262,9517 kJ/jam

= 3.078.808,9276 BTU/jam

Maka, kebutuhan aur pendingin dapat dihitung,

Massa air=Qs

Cp x ∆T=3.252.262,9517 kJ / jam

95,3701 Jmol . K

x 10 K=61.382,685 kg

jam

Nilai UD dipilih 500 BTU/(jam ft2 oF). (Kern, 1965)

Luas transfer panas,

A=Q s

U D ∆ T LMTD= 3.078.808,9276 BTU / jam

(500 BTUjam ft2° F ) (134,7997℉ )

x (0,3048m)2

1 ft2 =4,2438 m2

Luas selongsong tabung,

Lfluida = 2,8923 m

OD = 3,7306 m

A = π . L . OD = π . (2,8923 m) . (3,7306 m) = 33,8804 m2

Karena luas transfer panasnya lebih kecil dibandingkan dengan luas selubungnya,

maka dipilih sistem pendingin menggunakan jaket pendingin.

Menghitung Laju Alir Pendingin

Kecepatan massa air pendingin = 61.382,685 kgjam

Densitas air pendingin=994,042 kgm3

Maka, laju alir volumetrik pemanas dapat dihitung,

24

Qv=W s

ρ s=

61.382,685 kgjam

994,042 kgm3

=61,7506 m3

jam

Menentukan Dimensi Jaket Pendingin

Ditentukan waktu tinggal air pendingin = 10 menit

Volume jaket, Vj = Qv x waktu tinggal = 61,7506 m3

jamx 10 menit

60 menit1 jam

= 10,2918 m3

Penentuan R1

Vj = [ ( π .R 12 )−π .(R 2+tp)2 ] . H

Dimana : R1 = Jari-jari jaket pendingin

R2 = Jari-jari diameter dalam reaktor

ts = tebal shell reaktor

H = tinggi silinder

Vj = [ (3,14 . R12 )−3,14 .( 3,6576 m2

+0,0206 m)2] . 3,429 m

R12 = 4,3763 m2

R1 = 2,092 m

25

Penentuan Tebal Jaket (tJ)

R1 = R2 + tJ +ts

tJ = R1 – ( R2+ts)

tJ = 2,092 m – (3,6576 m

2+0,0206 m¿ = 0,2425 m

KESIMPULANREAKTOR

Tugas : Mereaksikan CH2O menjadi C3H6O3 dengan katalis H2SO4

dengan kecepatan umpan masuk reaktor 250.000 kg/jam.

Jenis : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk

Kondisi Operasi :

Tekanan : 14,96 atm

Suhu : 110 °C

Diperoleh ukuran Reaktor :

Diameter = 3,6576 m

Tinggi shell = 3,429 m

Tinggi head = 0,7719 m

26

Tinggi total = 4,9727 m

Volume cairan dalam head = 6,4261 m3

Volume cairan dibadan reaktor = 27,9845 m3

Tinggi cairan dibadan Reaktor = 2 ,6647 m

Dipilih Tebal shell : 0,8125 in = 0,0206 m

Tebal Head : 1,4375 in = 0,0365 m

Dipilih : Pengaduk type Flat Blade Turbine Impeller jumlah blade 6 buah

Diameter Impeler = 1,2192 m

Tinggi blade = 0,2438 m

Lebar Buffle = 0,3048 m

Digunakan motor dengan daya = 5 Hp

Luas perpindahan Panas :

A = 4,2438 m2

Jenis Bahan Reaktor : Baja Stainless Steel

27