lampiran d reaktor

Prarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 178dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunLampiranLampiran D DPERHITUNGAN REAKTOR PERHITUNGAN REAKTORKode : R-01Fungsi : Mereaksikan asetaldehida menjadi parasetaldehida dengan katalis asam sulfatTujuan Perancangan : A. Menentukan jenis reaktorB. Menentukan bahan konstruksi reaktorC. Menentukan jumlah reaktor optimalD. Menentukan dimensi reaktorE. Menentukan dimensi pengaduk dan daya pengadukF. Menentukan dimensi koil pendinginG. Menentukan pipa inlet dan outlet reaktorReaksi :3C2H4O(l)C6H12O3(l)Kapasitas = 30.000 ton/tahun ton 1kg 1000 hari 330 tahun 1 jam 24hari 1= 3.878,7878 kg/jamKonversi = 72 % Waktu reaksi = 25 menit(Baer & Manan, 1954)Lampiran D Lampiran DH2SO4AsetaldehidaParasetaldehida 178Prarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 179dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunA. A. Menentukan Jenis Reaktor Menentukan Jenis ReaktorTipe: Reaktor Alir Tangki BerpengadukAlasan Pemilihan :1. Reaksi dijalankandalamkondisi isotermal sehinggasuhudankomposisi campurandalamreaktor yangharus selalu sama bisa dipenuhi dengan pemakaian reaktor jenis RATB karena ada pengaduknya.2. Fase reaktan adalah cair-cair sehingga baik digunakan RATB.3. Menghindari adanya hot spot (bagian dalam reaktor yang suhunya sangat tinggi) karena dengan adanya pengadukan diharapkan suhu dan komposisi di semua titik di reaktor sama.(Agra, halaman 10)B. B. Menentukan Konstruksi Reaktor Menentukan Konstruksi ReaktorDalamperancanganreaktor dipilihbahanstainlesssteelSA302gradeA dengan alasan:a. Cukup kuat dan tahan terhadap korosib. Mudah difabrikasic. Harga relatif murah(Timmerhaus, tabel 4 halaman 426)Lampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 180dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunC. C. Menentukan Jumlah Reaktor Optimal Menentukan Jumlah Reaktor OptimalTujuan Optimasi : Mendapatkan jumlah dan volume optimal ditinjau dari konversi dan harga reaktorReaksi yang terjadi dalam reaktor :3C2H4O C6H12O3mula-mula CAOreaksi CAO.XA1/3.CAO.XAsetimbang CAO.(1-XA)1/3.CAO.XAReaksi merupakan reaksi orde 1 ,dimana :V=) r () X 1 ( F FAAAO AO dimana : FAo = CAo.Vo (-rA) = k.CAO(1-XA)V = ) X 1 .( o C . kX . vo . o CA AA AvoV=) X 1 .( kXAAdimana : = voVSehingga : = waktu tinggal = 25 menitXa = konversi = 72%(U.S. Patent 468874, 1954)k = ) x 1 .(xAA k = ) 72 , 0 1 .( menit 2572 , 0= 0,1029 /menit= 6,1714 /jamKomponen kmol/jam kg/jam xii (kg/L) i.xi (kg/L)C2H4O 118,826 5234,638 0,985 0,748 0,737H2O 2,964 53,404 0,010 1,011 0,010Lampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 181dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunH2SO40,269 26,438 0,005 1,810 0,009C6H12O30,000 0,000 0,000 0,965 0,000Total 122,060 5314,480 1,000 4,534 0,756 vo= M = L / g k,756 0jam / kg314,480 5= 7068,708 L/jam CAO= von = kmol1mol1000jam / L708 , 7068jam / kmol826 , 118= 16,018 mol/L XA = 72%1 Tangki ReaktorFAOCAOXAOFA1CA1XA1Persamaan Neraca Massa :) X 1 .( kX X .( voV1 A) AO 1 A

XA1 = 0,720 = ) 72 , 0 1 .(/jam 1714 , 6) 0 72 , 0 (

= 0,417 jam2 Tangki ReaktorLampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 182dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunFAOCAOXAOFA1CA1XA1FA2CA2XA2Reaktor 1Reaktor 2Asumsi :1 = 2Persamaan Neraca Massa Untuk Tangki 1 :) X 1 .( kX X .( voV1 A) AO 1 A XA1 = 0,471 = ) 471 , 0 1 .(/jam 1714 , 6) 0 471 , 0 (

= 0,144 jamPersamaan Neraca Massa Untuk Tangki 2 :) X 1 .( kX X .( voV2 A) 1 A 2 A XA2 = 0,720 = ) 72 , 0 1 .(/jam 1714 , 6) 471 , 0 72 , 0 (

= 0,144 jam3 Tangki ReaktorLampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 183dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunFAOCAOXAOFA1CA1XA1FA2CA2XA2Reaktor 1Reaktor 2FA3CA3XA3Reaktor 3 Asumsi :1 = 2 = 3Persamaan Neraca Massa Untuk Tangki 1 :) X 1 .( kX X .( voVA) AO 1 A XA1 = 0,346 = ) 346 , 0 1 .(/jam 1714 , 6) 0 346 , 0 (



= 0,086 jamLampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 184dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunAnalog dengan perhitungan di atas, diperoleh konversi untuk 4 Reaktor, 5 Reaktor , dan 6 Reaktor sebagai berikut :4 Tangki Reaktor XA1= 0,270 , 1 = 0,060 jam XA2= 0,470 , 2 = 0,060 jam XA3= 0,615 , 3 = 0,060 jam XA4= 0,720 , 4 = 0,060 jam5 Tangki Reaktor XA1= 0,225, 1= 0,047 jam XA2= 0,400, 2 = 0, 047 jam XA3= 0,535, 3 = 0, 047 jam XA4= 0,640, 4 = 0, 047 jam XA5= 0,720, 5 = 0, 047 jam6 Tangki Reaktor XA1= 0,195, 1 = 0,039 jam XA2= 0,350, 2 = 0,039 jam XA3= 0,475, 3 = 0,039 jam XA4= 0,576, 4 = 0,039 jamLampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 185dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun XA5= 0,658, 5 = 0,039 jam XA6= 0,720, 6 = 0,039 jamTabel Hubungan Antara Jumlah Reaktor, Konversi, Kecepatan Reaksi, Waktu Tinggal, Dan Volume ReaktorN XACA=CA0(1-X) rA=k. CA (jam)Volume (L)1 0,72 4,707 29,048 0,417 2945,2952 0,471 8,891 54,869 0,144 1020,2203 0,346 10,994 67,848 0,086 605,9724 0,270 12,271 75,732 0,060 423,6385 0,225 13,028 80,400 0,047 332,5336 0,195 13,532 83,513 0,039 277,455Perbandingan Harga Alat0,6Cb = EaCaEb _ ,0,60,6Ea = . CbCaEb0,6 = . Cb Eb Dimana:Ea, Eb =harga pembelian alat A dan B Ca, Cb=Kapasitas alat A dan B 0,6Ea = Ca

Tabel Hubungan antara Jumlah Reaktor dengan Harga Alatn V (L) V^0.6 Harga Lampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 186dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun1 2.945,295 120,636 120,636 2 1.020,220 63,858 127,716 3 605,972 46,717 140,150 4 423,638 37,687 150,750 5 332,533 32,591 162,956 6 277,455 29,236 175,415 Grafik Hubungan Antara Harga Alat dengan Jumlah ReaktorLampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 187dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunDari grafik di atas, dapat dilihat bahwa penggunaan 1 reaktor paling ekonomis, sehingga reaktor optimum yang digunakan adalah 1 reaktor. D. D. Penentuan Dimensi Reaktor Penentuan Dimensi Reaktora. Neraca Massa ReaktorKomponenBMInputOutput arus 2 arus 3 arus 4kmol kg kmol kg kmol kgC2H4O 44,053 118,8265234,638 0,000 0,000 33,271 1465,670H2O 18,015 2,935 52,875 0,029 0,528 2,964 53,404H2SO498,079 0,0000 0,000 0,26926,438 0,269 26,438C6H12O3132,159 0,0000 0,000 0,000 0,000 28,518 3768,939Jumlah 5287,51326,966 5314,4795314,479 5314,4791. Perhitungan Volume Reaktor Perhitungan Volume ReaktorWaktu tinggal dalam reaktor : = 25 menit (Baer & Manan, 1954) Menentukan Densitas Campuran (camp)x C2H4O= kg/jam5314,479kg/jam5234,638= 0,985 C2H4O= A . B -(1-T/Tc)^n= 0,2820 0,2600-(1-322,039 /460)^0,2776= 0,748 kg/LLampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 188dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahunx C2H4O . C2H4O = 0,985 0,745 kg/L= 0,736 kg/LPerhitungan komponen lain analog dari perhitungan di atas. Komponen kg/jam xi (kg/L) xi. i FviC2H4O 5234,638 0,985 0,748 0,736 7001,257H2O 53,404 0,010 1,011 0,010 52,847C6H12O30,000 0,000 0,965 0,000 0,000H2SO426,438 0,005 1,810 0,009 14,604Jumlah 5314,480 1,000 7068,708camp= L / kg 752 , 0708 , 7068480 , 5314FviFvi .i

= 751,832 kg/m3 33kg/m1lbm/ft0,0624= 46,934 lbm/ft3 Menentukan Volume OperasiVoperasi= 3kg/m 751,832g/jam k 5314,479= 7,069 m3/jam 0,4167 jam= 2,945 m3 33m1ft35,3147= 104,012 ft3Over design 10-20% (diambil 20%)Vperancangan= Voperasi.(1 + over design)= 2,945 m3 . (1 + 0,2)Lampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 189dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun= 3,5344 m3 33m1ft35,3147= 124,815 ft3Perhitungan Ukuran Reaktor Perhitungan Ukuran ReaktorBentuk : silinder vertikal dengan alas dan head torispherical dished headAlasan: mampu menahan tekanan 15-200 psia dan relatif ekonomisAsumsi : H = D(Rase, tabel 8.3 halaman 342) V head(ft3) = 0,000049. D3 (Brownell, pers 5.11 halaman 88)Vreaktor= Vsilinder + 2.Vhead124,815 ft3= .D3 + 2.0,000049. D3D3= 131,772 ft3D = 5,089 ft t f 1m 0,3048= 1,551 m t f 1n i 39,3701= 61,065 inH = 5,089 ft = 1,551 m= 61,065 in2. Perhitungan Ketinggian Cairan dalam Reaktor Perhitungan Ketinggian Cairan dalam ReaktorVolume cairan merupakan volume reaktor sebelum over design.Vcairan= 104,012 ft3Vhead dasar= 0,0809.D3Lampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 190dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun= 0,0809.( 5,089 ft)3= 10,660 ft3Vcairan di shell= Vcairan Vhead dasar= 104,012 ft3 + 10,660 ft3= 93,352 ft3Vcairan di shell= ..D2.ZL93,352 ft3= . 3,14 . (5,089 ft)2 . ZLZL= 4,592 ft t f 1m 0,3048= 1,400 m3. Perhitungan Tekanan Perancangan Reaktor Perhitungan Tekanan Perancangan ReaktorPperancangan= Poperasi.(1+over design)= 3 atm . (1+0,1)= 3,3 atm atm 1psia 14,6959= 48,496 psia4. Perhitungan Tebal Dinding Reaktor (ts) Perhitungan Tebal Dinding Reaktor (ts)ts = 0,6.P - f.EP.ri+ C(Brownell, pers 13.1 hal 254)dengan :Lampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 191dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahunts =tebal dinding reaktor P=tekanan perancangan = 48,4965 psiaE =welded joint efficiency = 80% (Brownell, tabel 13.2 hal 254)f= tekanan maksimum yang diijinkan = 18.750 psiari=jari-jari reaktor= .D = . 61,065in = 30,532inC=corrosion allowance = 0,125 in(Brownell, halaman 344)ts= 0,6.P - f.EP.ri+ C= psia 48,4965 0,6 - 0,8 psia 18750in 30,532 psia 48,4965+ 0,125 ints = 0,224 indiambil tebal shell standar =1/4 in = 0,25 in (Brownell, tabel 5.6 hal 88)5. Perhitungan Tebal Alas danPerhitungan Tebal Alas dan Head Head Reaktor (th) Reaktor (th)OD= ID + 2.ts= 61,065 in + 2. (1/4 in)= 61,565 inDipilih OD standar = 66 inUntuk ts = 3/16 in dan OD = 66 in, maka:(Brownell, tabel 5.7 hal 90)r = 66 inchicr = 4icr/r = 0,061 (icr > 6%)Lampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 192dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunW = 41( ) icr / r 3 + (Brownell, pers 7.76 hal 138) = 41 ( ) 4 / 66 3+= 1,765W = stress-intensification factor untuk torispherical dish headth= 0,2.P - 2.f.EP.r.W+ C (Brownell, pers 7.77 hal 138) dengan :th =tebal head reaktor P=tekanan perancangan = 48,4965 psiaE =welded joint efficiency = 80%(Brownell, tabel 13.2 hal 254)f= tekanan maksimum yang diijinkan = 18750 psia r=jari-jari reaktor= . 61,065 in = 30,532inth = 0,2.P - 2.f.EP.r.W+ C= psia 48,4965 0,2 - 0,8 psia 18750 21,765 in30,532 psia 48,4965+ 0,125 inth= 0,313 indiambil tebal head standar = 3/8 in = 0,375 in (Brownell, tabel 5.6 hal 88)6. Perhitungan Tinggi Reaktor Total Perhitungan Tinggi Reaktor TotalLampiran D Lampiran DbicrsfOAartIDODA BCPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 193dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunDari tabel 5.8 Brownell & Young untuk t = 3/8 in maka sf = 1,5 3 in.Dipilih sf = 2,5 in, sehingga diperoleh :icr = 15/16a= 2ID = 2in61,280= 30,532 inAB= a icr= (30,640 - 15/16) in = 29,595 inBC= r icr= (66 - 15/16) in= 65,063 in AC= 2 2AB BC = 2 2) in 29,703 ( ) in 65,062 ( = 57,942 inb= r-AC= (66 - 57,887) in = 8,058 inOA= th + b + sf= (0,375 + 8,113 + 2,5) in= 10,933 in n i 39,3701m 1= 0,278 mLampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 194dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunTinggi reaktor total = H + 2.OA= (1,551 + 2 0,278) m= 2,106 m E. E. Perhitungan Dimensi Dan Daya Pengaduk Perhitungan Dimensi Dan Daya PengadukJenis pengaduk : turbin 6 flat blade turbinedengan 4 baffle1. 1. Perhitungan Dimensi Pengaduk Perhitungan Dimensi PengadukE/Dt = 1/3 Da = diameter pengadukDa/Dt = 1/3 Dt = diameter dalam reaktorL/Da = 1/4 E= jarak pengaduk dari dasar reaktorW/Da = 1/5H= tinggi cairan dalam reaktorW= tinggi bladeL= lebar blade(McCabe, halaman 243)Da = Dt/3 = 1,696 ft = 0,517 mDt = 3 Da = 5,089 ft = 1,551 mE = 1,3 Dt = 1,696 ft = 0,517 mw = 0,2 Da = 0,339 ft = 0,103 mLampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 195dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunL = 0,25 Da = 0,424 ft = 0,129 mH = ZL= 4,592 ft = 1,400 m2.Perhitungan Kecepatan Pengadukan Perhitungan Kecepatan Pengadukancamp= 0,752 kg/L 3mL 1000= 751,832 kg/m3 33kg/m 1lbm/ft 0,0624= 46,935 lbm/ft3Densitas air pada 43,333 oCKomponenA B n TcH2O 0,3471 0,274 0,28571 647,13air= A . B -(1-T/Tc)^n= 0,3471 0,274-(1-316,48/647,13)^0,28571= 1,010 gr/cm3sg = 33gr/cm1,010gr/cm0,752= 0,744Di . 2WELH= (.Di.Ni/600)2 dengan :WELH = water equivalent liquid height (ft)Di = diameter impeller= 1,696 ftN = kecepatan pengadukan (rpm)(Rase, persamaan 8.8 hal 345)WELH = z.sgLampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 196dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun= 4,592 ft 0,744= 3,417 ft t f 1m 0,3048= 1,041 m m1n i39,3701= 41,000 inJumlah turbin = DtWELH= ft 5,089ft3,417= 0,671 1 turbinPutaran pengaduk (N) = Di 2WELHDi600 (Rase, persamaan 8.9 hal 345)=) ft / in 12 ( ) ft 1,696 ( 2) in 41,000 () ft 1,696 (600= 112,995 rpm Digunakan power standar= 125 rpm(Walas, halaman 288)= 125 rpm jam 1menit 60= 7500 rpj3. 3. Perhitungan Bilangan Reynold Perhitungan Bilangan ReynoldNRe= 2.N.DiDimana : = densitas campuran = 46,935 lbm/ft3Lampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 197dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunN= kecepatan pengadukan (rpm)Di= diameter impeller = 1,696 ft= viskositas campuran (lbm/ft.jam)Penentuan Viskositas CampuranKomponenkg/jam wi i wi.iC2H4O 1465,699 0,276 0,199 0,055H2O 53,404 0,010 0,623 0,006H2SO426,438 0,005 12,802 0,064C6H12O33768,939 0,709 0,759 0,539Jumlah 5314,479 1,000 14,383 0,663camp= 0,663 cP cP 1s . ft / lbm 10 . 72 , 64 = 0,0004 lbm/ft.s am j 1s 3600= 1,604 lbm/ft.jamNRe= 2.N.Di= lbm/ft.s 0,0004ft) (1,696 rps 2,0833 lbm/ft 46,9352 3= 631288Np = 5,5 (Rase, figure 8.8 halaman 345)4. 4. Perhitungan Daya Pengadukan Perhitungan Daya PengadukanLampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 198dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunP= 5 3312Di.60N.43 , 62. Np . 10 . 52 , 3

,_

,_

,_

(Rase halaman 349)dengan:Np= tenaga pengadukan = 5,5(Rase, figure 8.8 halaman 345)P = power pengadukan = densitas campuran= 46,935 lbm/ft3N= kecepatan putaran pengadukan= 125 rpmDa= diameter impeller = 1,696 inP = 1,848 hpEfisiensi pompa = 80 %P =80 , 0hp 1,848= 2,310 hp p h 3410 , 1kW 1= 1,723 kWDipilih power standar = 3 hp (Rase, halaman 358)F. F. Perancangan Koil Pendingin Perancangan Koil Pendingin1. 1. Perhitungan Neraca Panas Reaktor Perhitungan Neraca Panas ReaktorFungsi : sebagai tempat reaksi asetaldehida menjadi parasetaldehidaReaksi :3C2H4O(l) C6H12O3(l) asetaldehidaparasetaldehidaLampiran D Lampiran DTin = 309,820KTout = 316,48 KHRTo = 298,15 KHRoPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 199dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunPerhitungan Panas yang Dibawa Umpan (H1)a. Umpan asetaldehida (arus 2)Tin = 36,670 oC= 309,820 KT= 25 oC= 298,15 KKomponen kmol/jam xi Cp dT H = m. Cp.dTC2H4O 118,826 0,976 -1.211,246 -143.927,450H2O 2,935 0,024 -880,237 -2.583,549Jumlah 121,761 1,0000 -146.510,999b. Katalis asam sulfat (arus 3) Tin = 35 oC= 308,15 K adalah: T= 25 oC= 298,15 KKomponen kmol/jam xi Cp dT H = m. Cp.dTH2SO40,270 0,902 -1.407,026 -379,269H2O 0,029 0,098 -754,461 -22,144Jumlah 0,299 1,0000 -401,413H1= H2 + H3= [-146.510,999 + (-401,413)] kJ/jam= -146.912,412 kJ/jamLampiran D Lampiran D309,82298,15 298,15309,82308,15298,15 298,15308,15H1H2To = 298,15 KPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 200dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunPerhitungan Panas Reaksi Standar (HR)Reaksi yang terjadi di reaktor3C2H4O(l)C6H12O3(l)Mula-mula118,826 0,000Reaksi 85,555 28,518Setimbang 33,271 28,518HR= Hfproduk - Hfreaktan= [-520,023 + (3 (-166,400))] kJ/molHR =-21,030 kJ/molKomponen kmol/jam Hof (kJ/mol)C2H4O 85,555 -166,400C6H12O328,518 -520,023Jumlah 114,073 -21,030HR = 21,030 kJ/mol 28,518 kmol/jam kmol 1ol m 1000HR =-599.738,160 kJ/jamPerhitungan Panas yang Dibawa Produk (H2)Tout = 43,333 oC = 316,480 KTo= 25 oC= 298,15 KLampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 201dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunKomponen kmol/jam xi Cp dT H = m. Cp.dTC2H4O 33,271 0,512 3169,153 63.695,367H2O 2,964 0,046 2258,665 4.095,494C6H12O328,518 0,438 7910,362 698,175H2SO40,270 0,004 4263,477 136.849,098Jumlah 65,023 1,000 205.338,134H2 = 205.338,134 kJ/jamHR= H1 + HRo + H3= [-146.912,412 + (-599.738,160 ) + 205.338,134] kJ/jam= - 541.312,438 kJ/jamQp = 541.312,438 kJ/jamNeraca Panas Total:Keterangan Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)Panas yang dibawa umpan 146.912,412Panas yang dibawa produk 205.338,134Panas reaksi 599.738,160Panas yang diserap pendingin 541.312,438Jumlah 746.650,572 746.650,572Kebutuhan pendingin berdasarkan jumlah panas yang diserap ( Qp )Qp =541.312,438 kJ/jam kJ 1kkal 0,24 s 3600jam 1= 35,910 kkal/s=512.997,890 Btu/jamUntuk pendingin, dipakai air yang masuk pada suhu 30 oC dan keluar pada suhu 40 oC.T1= 30 oC = 303,15 K = 86 oFLampiran D Lampiran D298,15316,480298,15316,480Prarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 202dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunT2= 40 oC = 313,15 K = 104 oFTrata-rata= 35 oC = 308,15 K = 95 oFSifat fisis air pada Trata-rata:Cp = 4,183 kJ/kg.K = 0,999 Btu/lbm.oF = 1010,537 kg/m3 =63,086 lbm/ft3. = 0,733 cp =1,774 lbm/ft.jamk = 1,093 W/m.K=0,631 Btu/jam.ft.oF2. 2. Kebutuhan Pendingin yang Dibutuhkan Kebutuhan Pendingin yang DibutuhkanM = T . CpQp= K 303,15) - (313,15 K . kg / kJ 183 , 4kJ/jam8 541.312,43= 12.642,348 kg/jam= 3,595 kg/sV = M= 3kg/m1010,537kg/jam 12.642,348= 12,8074 m3/jam= 0,004 m3/s3. Penentuan Pipa Koil Pendingin Penentuan Pipa Koil PendinginUkuran pipa koil = 0,5 2,5 in(Perry, halaman 11.20)Spesifikasi pipa koil : (Kern,tabel 11 hal 844)Lampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 203dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunUkuran nominal pipa (IPS) = 2 inDiameter luar (OD)= 2,38 in = 0,0605 mScheduleNumber (SN) = 40Diameter dalam (ID)= 2,067 in= 0,0525mFlow area tiap pipa (ao) = 3,35 in2 = 0,0022 m2Surface area per lin ft (Ao) = 0,622 ft2/ft = 0,1896 m2/mSusunan koil = helixDiameter helix (DH) = 0,6 0,8 IDr(Rase, hal 361)Dipilih DH = 0,8 IDrIDr = 1,551 mDH = 1,086 mJarak antar lilitan (l) = (1 2) ODDipilih l = 1,5 ODJarak antar lilitan (l) = 0,091 m4. Perhitungan Koefisien Transfer Panas Dalam Koil (Data Pendingin)Perhitungan Koefisien Transfer Panas Dalam Koil (Data Pendingin)(Kern, pers 6.2 halaman 103)Dengan: hi = koefisien transfer panas konveksi dalam koil (Btu/hr.ft2.F)ID= diameter dalam koil (ft)= 0,172 ft k = konduktivitas panas pendinginLampiran D Lampiran D1]1

+ DHID5 , 3 1 . Pr . Re . 027 , 0kID . hi318 , 0(Kern, halaman 721)Prarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 204dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun= 0,631 Btu/hr.ft.oFDH = diameter helix (ft)= 3,562 ftGt = oairaM=2m 0022 , 0kg/s 3,595= 1663,408 kg/m2.sRe= ID . Gt=kg/m.s 0,0007m 0,0525 s m / kg1663,4082= 119.096Pr =bilangan PrandtlPr =k. cp =F . ft . jam / Btu 0,631jam . ft / lbm ,774 1 F . lbm / tu B 0,999oo= 2,8061]1

+ DHID5 , 3 1 . Pr . Re . 027 , 0kID . hi318 , 00,63140,0525. hi=

,_

+562 , 30,05255 , 3 1 . 2,8065 . 119096 . 027 , 0318 , 0hi = 1877,290 Btu/jam.ft2.oF= 2,545 kkal/s.m2.oC5.Perhitungan Koefisien Transfer Panas pada Bagian Dalam Koil Perhitungan Koefisien Transfer Panas pada Bagian Dalam Koilhio= ODIDhi(Kern, pers 6.5 halaman 105) Lampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 205dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun= 2,545 kkal/s.m2.oC m 0,0604m 0,0525= 2,210 kkal/s. m2.oC6. PerhitunganPerhitungan Koefisien Transfer Panas di Luar Koil (Data Fluida) Koefisien Transfer Panas di Luar Koil (Data Fluida) Dengan: ho = koefisien transfer panas konveksi di luar koil (Btu/hr.ft2.F)k = konduktivitas panas cairan = 0,108 Btu/jam.ft.oFDi = diameter impeller = 1,696 ftOD = OD koil = 0,198 ft = densitas cairan = 46,935 lb/ft3N = kecepatan putar impeller = 7500 rpjcp= panas jenis cairan = 0,579 Btu/lbm.oF= viskositas cairan = 1,604 lbm/ft.jamw= viskositas air = 1,774 lbm/ft.jamL = panjang impeller=1,696 ft( ) ( ) ( ) 0,986 2,051 7358,996 87 , 0F . Btu/jam.ft 0,108ft 1,696. hoo

,_

ho= 822,275 Btu/jam.ft2.oF= 1,115 kkal/s.m2.oC7. Perhitungan Perhitungan Clean Overall Coefficient Heat Transfer (Uc) Clean Overall Coefficient Heat Transfer (Uc)Uc =ho hioho hio+ (Kern, pers 6.7 halaman 106) Lampiran D Lampiran D14 . 03 / 13 / 22w kc N L87 , 0kDi . ho

,_

,_

,_

(Kern, pers 20.4 halaman 722)Prarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 206dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun= C . m kkal/s. 1,115) (2,210C . m kkal/s. 1,115 C . m kkal/s. 2,210o 2o 2 o 2+= 0,741 kkal/s. m2.oC= 546,602 Btu/jam.ft2.oF8. Perhitungan Perhitungan Dirt overall coefficient heat transfer (Ud) Dirt overall coefficient heat transfer (Ud)Ud =hd Uchd . Uc+(Kern, pers 6.10 halaman 107)hd = 1/RdRd = 0,001 ft2.jam.oF/Btu(Kern, tabel 8)hd = 1/0,001hd = 1000 Btu/hr.ft2.oF= 5678 J/s.m2.oC= 0,525 kkal/s. m2.oCUd = C . m kkal/s. ) 525 , 0 (0,741C) . m kkal/s. 525 , 0 ( C) . m kkal/s. (0,741o 2o 2 o 2+= 0,307 kkal/s. m2.oC9. Perhitungan T Perhitungan TLMTD LMTDTin= 36,670 oC = 97,996 oFTout= 43,333 oC = 110 oFt1= 30 oC = 86 oFt2=40 oC = 104 oFT1= Tin- t1 = 6,665 oCT2= Tout - t2 = 3,33 oCLampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 207dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunTLMTD=

,_

2 T1 Tln2 T 1 T=

,_

33 , 3665 , 6ln33 , 3 665 , 6= 4,806 oC = 40,651 oF10. 10. Luas kontak perpindahan panas Luas kontak perpindahan panasAt = LMTDT . UdQ= F) (40,651 F) . Btu/jam.ft(226,573Btu/jam 0 512.997,89o o 2= 55,703 ft2= 5,175 m211. 11. Perhitungan Jumlah Koil Perhitungan Jumlah KoilSurface area per lin ft (Ao) = 0,622 ft2/ft = 0,1896 m2/mKeliling helix = . [(1,086 m)2 + (0,091 m)2)0,5= 3,422 mPanjang koil = At / Ao =/m m 0,1896m 5,17522Lampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 208dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun= 27,290 mJumlah putaran = Lt/keliling helix= m 3,422m 27,290= 7,973 8 putaran12. Menentukan Tinggi Koil dan Volume KoilMenentukan Tinggi Koil dan Volume Koiltinggi koil = Nt . OD + (Nt-1) . l= 8 . 0,0605 + (8-1) . 0,091= 1,118 mVolume koil 1 lilitan =Lc . OD .42=290 , 7 2 ). 0604 , 0 .(42= 0,0783 m3Volume koil 8 lilitan = (0,0783 m3). 8 putaran= 0,626 m313. 13. Menghitung Tinggi Cairan Dalam Tangki (Z) Menghitung Tinggi Cairan Dalam Tangki (Z)V total = Vcairan + VkoilVolume cairan= 2,945 m3Volume total = 3,024m3Volume bottom head= 0,276 m3ID reaktor= 1,551 m3volume cairan dalam shell= volume cairan - volume head dasar= 2,669 m3Lampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 209dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunTinggi cairan dalam shell = 2/4).D (shell dalam cairanVol

=23m) 551 ,14/4).(1, 3 (m 2,669= 1,413 mTinggi reaktor = 1,551 m% tinggi cairan dalam reaktor= m 1,551m 1,413 100%= 91,0872 %G. G. Perancangan Pipa Inlet Dan Outlet Reaktor Perancangan Pipa Inlet Dan Outlet Reaktor1.Ukuran Pipa Cairan Pemasukan UmpanKomponen kg/jam xi (kg/L) xi. i FviC2H4O 5234,638 0,985 0,748 0,736 7001,257H2O 53,404 0,010 1,011 0,010 52,847C6H12O30,000 0,000 0,965 0,000 0,000H2SO426,438 0,005 1,810 0,009 14,604Jumlah 5314,480 1,000 7068,708F = 5314,480 kg/jamcamp= L / kg 752 , 0708 , 7068480 , 5314FviFvi .i Lampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 210dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/TahunQ = kg/m751,832kg/jam 5314,4803= 7,069 m3/jam 3m1ft 3,2808

,_

s 3600jam 1= 0,069 ft3/sDiopt= 3,9 Q0,45 0,13 (Walas, persamaan 6.32 hal 100)= 3,9 (0,069 ft3/s)0,45 (46,936 lbm/ft3)0,13= 1,936 inDipilih pipa standar: Diameter dalam pipa (ID) = 2,067Diameter luar pipa (OD)= 2,38Nominal Pipe Size (IPS) = 2 inSchedule Number (SN) = 40 (Kern, tabel 11 halaman 844)2. Ukuran Pipa Cairan Pengeluaran ReaktorKomponen kg/jam xi i (kg/L) xi.i FviC2H4O 1465,699 0,276 0,748 0,206 1960,352H2O 53,404 0,010 1,0011 0,010 52,847H2SO426,438 0,005 1,810 0,009 14,604C6H12O33768,939 0,709 0,965 0,684 3906,502Total 5314,480 1,000 5934,305F = 5314,480 kg/jamcamp= L / kg 896 , 0305 , 5934480 , 5314FviFvi .i Q = kg/m895,552kg/jam 5314,4803Lampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 211dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun= 5,934 m3/jam 3m1ft 3,2808

,_

s 3600jam 1= 0,058 ft3/sDiopt= 3,9 Q0,45 0,13 (Walas, persamaan 6.32 hal 100)= 3,9 (0,058 ft3/s) 0,45 (55,908 lbm/ft3)0,13= 1,830 inDipilih pipa standar: Diameter dalam pipa (ID) = 2,067Diameter luar pipa (OD)= 2,38Nominal Pipe Size (IPS) = 2Schedule Number (SN) = 40(Kern, tabel 11 halaman 844) Lampiran D Lampiran DPrarancangan PabrikPrarancangan Pabrik Parasetaldehida Parasetaldehida 212dari Asetaldehida dengan Katalis Asam Sulfat dari Asetaldehida dengan Katalis Asam SulfatKapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun Kapasitas Produksi 30.000 Ton/Tahun2,106 m 1,551 m0,051 m123560,051 m41,118 m0,006 m0,051 mGambar Penampang ReaktorKeterangan :1. Pipa pemasukan umpan asetaldehida2. Motor Pengaduk3. Pipa pemasukan katalis asam sulfat4.Koil pendingin5.ImpelerLampiran D Lampiran D

lampiran d reaktor

Documents