reaktor dalam hysys - agungk47.files.wordpress.com · reaksi yang dapat digunakan untuk permodelan...
TRANSCRIPT
CONVERSION REACTOR
Simulasi Conversion reactor dalam HYSYS dilakukan dengan menetapkan nilai konversi dari suatu reaksi. Reaktor jenis
ini lebih mudah untuk mencapai konvergensi dibandingkan dengan reaktor CSTR dan PFR. Contoh simulasi conversion
reactor adalah seperti contoh kasus berikut ini.
Kegiatan produksi hydrogen dari hidrokarbon telah meningkat secara signifikasn dalam beberapa decade terakhir.
Konversi dari bahan bakar (gas metana) menjadi hydrogen dapat dilangsungkan secara oksidasi parsial. Metode ini
melibatkan pembakaran metana dengan oksigen untuk menghasilkan karbondioksida dan hydrogen, seperti reaksi berikut:
CH4 + ½ O2 → CO + 2H2 (1)
CH4 + O2 → CO2 + 2H2 (2)
CONVERSION REACTOR
Dimana konversi reaksi 1 adalah 40% (basis CH4) dan reaksi 2 adalah 60% (basis CH4). Buatlah simulasi dari reaksi di
atas dengan spesifikasi reaktan masuk kedalam reaktor seperti berikut ini.
Spesifikasi Metana Oksigen
Suhu (°C) 25 25
Tekanan (bar) 2 2
Laju Alir (kmol/ hr) 100 260
Mol Fraksi
Metana 1 0
Oksigen 0 1
CONVERSION REACTOR
1. Buka program HYSYS dan pilih semua komponen yang
terlibat dalam proses seperti pada reaksi. Gunakan Fluid
Package Peng-Robingson
2. Klik pada pilihan “Reaction”,
CONVERSION REACTOR
3. Klik add → add reaction (akan muncul tampilan baru)
→ Conversion dan akan mucul pilihan Rxn-1 pada active
reaction.
4. Klik 2x pada Rxn-1, dan kita bisa mengisikan komponen,
koefisien reaksi dan konversi yang ingin dicapai dari reaksi
tersebut
CONVERSION REACTOR
5. Setelah kedua reaksi ditambahkan, klik pada pilihan Add to
FP → Add Set to Fluid Package, dan notifkasi berubah
dari kuning menjadi hijau (Ready), lalu masuk kehalaman
simulasi.
6. Buatlah aliran sesuai dengan spesifikasi diatas, kemudian
hubungkan dengan reactor konversi (bisa ditemukan pada
bagian column)
7. Klik 2x pada icon reactor → Reaction, pada Reaction Set
pilih Set-1
8. Untuk melihat produk keluaran reaksi, klik Worksheet→
Condition atau Composition.
EQULLIBRIUM REACTOR
Reaktor equilibrium adalah reactor untuk memodelkan reaksi kesetimbangan. Aliran
keluar dari reactor ini berada pada keadaan setimbang secara kimia dan fisika. Jumlah
Set reaksi yang dimasukan dalam model operasi reactor ini bisa tak terbatas, dimana
akan diselesaikan oleh HYSYS secara simultan maupun sekuensial. Pada model
reactor ini setiap komponen ataupun proses mixing tidak harus terjadi secara ideal,
karena HYSYS dapat menghitung aktifias kimia dari setiap komponen dalam
campuran berdasarkan fugasitas campuran maupun komponen murni.
EQULLIBRIUM REACTOR
CASE:
A feed stock of pure n-butane (100 kmol/hr) is cracked at 750 K and 1.2 bar to produce olefin.
Only two reactions have favorable equilibrium conversions at these conditions:
C4H10 → C2H4 + C2H6 (I)
C4H10 → C3H6 + CH4 (II)
If these reactions reach equilibrium, what is the product composition? Use Peng-Robinson
Fluid Package
Note : Langkah-langkah dalam menyelesaikan simulasi ini sama dengan pada conversion reactor,
hanya berbeda pada pemilihan jenis reaksi
EQULLIBRIUM REACTOR
1. Tambahkan reaksi dengan cara
seperti conversion reaktor, tetapi
kali ini pilih equilibrium reaction
EQULLIBRIUM REACTOR
2. Hasil inputan reaksi 1
3. Tambahkan juga untuk reaksi 2
4. Jika sudah selesai, klik “Add
to FP” dan masuk pada
halaman simulasi
EQULLIBRIUM REACTOR
1. Buatlah simulasi sederhana
seperti gambar dibawah
2. Masukan reaksi pada tab
“Reaction” dan pilih “SET-1”
3. Atur kondisi operasi pada tab
“worksheet”
CSTR REACTOR
Reaktor CSTR mengambil asumsi terjadi pencampuran sempurna pada setiap bagian volume reactor dan kondisi aliran
keluar sama dengan kondisi didalam reactor. Reaksi yang dapat digunakan untuk permodelan jenis reactor ini adalah
reaksi kinetic dan heterogen katalisis
Pada reactor CSTR, konversi dari reactor juga dipengaruhi oleh volume reactor, sehingga informasi geometri volume
harus diberikan. Tergantung dari geometri reactor, paling tidak 2 informasi harus diberikan, baik berupa volume, tinggi
atau diameter
Data inputan yang diperlukan
CSTR REACTOR
Propylene Glycol dapat dihasilkan dari reaksi antara Propylene Oxide dengan air seperti di bawah ini:
C3H6O + H2O → C3H8O2
Dengan data kinetika reaksi sebagai berikut :
A = 1.7 x 1013
E = 3.24 x 104 (Btu/lbmol)
dengan basis unit dalam lbmol/ft3 dan rate unit dalam lbmol/ ft3 jam. Propylene Oxide (150 kmol/jam) dan
air (200 kmol/jam) pada suhu 25 C dan 101.3 kPa. masuk kedalam reactor melalui 2 aliran yang berbeda
yang kemudian akan dicampur menggunakan mixer. Reaktor CSTR beroperasi pada tekanan 101.3 kPa
dan 25°C dengan volume 5 m3. Berapa rate Propylene Glycol yang dihasilkan? Pilih UNIQUAC sebagai
fluid package.
CSTR REACTOR
Estimasi Parameter Interaksi Biner yang belum tersedia
• Nilai BIP yang belum tersedia dapat di estimasi dengan 3 pilihan metode
• UNIFAC VLE, LLE atau immicisble solution
• Pada kasus ini kita pilih UNIFAC VLE
• Klik pada unknowns only
CSTR REACTOR
• Berikan inputan reaksi
dengan terlebih dahulu
memilih jenis reaksi
“Kinetics”, dan inputkan
seperti berikut
• Nilai Forward order untuk
H2O adalah 0 karena H2O
diberikan secara berlebih
sehingga rate reaksi hanya
tergantung pada konsentrasi
propylene oxide
CSTR REACTOR
• Buatlah PFD seperti ganbar berikut
• Cara memasukan reaksi dalam operasi
reaktor sama dengan reaktor konversi
• Untuk memasukan volume reaktor, klik
pada “Rating”→ “Sizing”
CSTR REACTOR
• Karena reaktor beroperasi pada keadaan
isothermal (25 C), pada worksheet isikan
25 C untuk suhu aliran 5 atau 4
• Koversi reaksi dapat dilihat pada tab
“Reaction”→ “Result”
• Setelah konvergen cobalah untuk menaikan
suhu reaksi menjadi 75 C, lalu cek
konversi dari reaksi.
PFR REACTOR
Sebagai tambahan untuk reactor CSTR, tipe reactor lain yang umumnya digunakan dalam industry adalah
PFR. Reaktor ini tersusun dari sebuah pipa silinder dan pada normalnya beroperasi secara steady state
seperti reactor CSTR. Reaktor PFR pada umumnya digunakan untuk reaksi pada fase gas.
Pada simulasi PFR dengan HYSYS, jenis reaksi yang bisa dipilih adalah kinetic dan heterogen katalisis.
Sama seperti pada CSTR, nilai konversi dari reactor PFR juga dipengaruhi oleh volume reactor, sehingga
informasi tentang geometri reactor harus kita sediakan.
PFR REACTOR
Untuk reaksi dibawah ini, reactor yang dipilih adalah PFR. Kondisi operasi dari reaktor ditentukan pada suhu 400°C,
dan pressure drop dari reaktor dihitung dengan persamaan Ergun. Sebelum masuk kedalam reaktor, aliran feed yang
telah dicampur dipanaskan terlebih dahulu sampai suhu 130°C. Kondisi feed awal untuk CO pada suhu 25°C, tekanan
101.3 kPa dan laju alir 100 kmol/jam. Sedangkan H2O pada kondisi suhu 120°C, tekanan 101.3 kPa dan laju alir 350
kmol/jam. Volume reaktor yang digunakan adalah 7 m3 dengan diameter 5 m dan jumlah tube 8.
CO (g) + H2O (g) → H2 (g)+ CO2 (g)
Data kinetika reaksi disajikan sebagai berikut :
Basis : fraksi mol dari CO, dengan unit laju kgmol/ m3 s.
Forward reaction : A = 5.9 x 108, E = 1.2 x 105 kJ/kmol.
Pilih NRTL sebagai fluid package dan Peng-
Robinson untuk model vapor
PFR REACTOR
• Berikan inputan reaksi
dengan terlebih dahulu
memilih jenis reaksi
“Kinetics”, dan inputkan
seperti berikut.
• Basis : Mole Fraction
• Reaction Phase pada Vapor
phase
PFR REACTOR
• Pressure drop pada reaktor
dapat diinputkan secara
langsung atau bisa diestimasi
dengan menggunakan
persamaan Ergun
PFR REACTOR
• Geometeri Reaktor dapat
diinputkan sebagai berikut
• Volume : 7 m3
• Diameter 0.5 m
• Jumlah Tube : 8