01 06 15 reaktor ida
Post on 18-Feb-2016
223 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
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
top related