tugas reaktor non-isotermal_kelompok 10_kelas sore

8/19/2019 Tugas Reaktor Non-Isotermal_Kelompok 10_Kelas Sore

http://slidepdf.com/reader/full/tugas-reaktor-non-isotermalkelompok-10kelas-sore 1/56

TUGAS TEKNIK REAKSI KIMIA II

Reaktor Non-Isotermal

P-8.2(m), P-8.8, P-8.1, !an S"m#las" Reaktor Amon"a

GR$UP 1%

ANGG$TA KE&$MP$K '

ATIK SUR$ATI (1*%++*%++)

E&SA RAMAENI (1*%++*%2)

ANI/ I0RAIM (1%+2)

MUAMMA A&/INUA NA0I& (1%+%**2)

MUAMA RAINA& SARIP (1*%++*1%)

EPARTEMEN TEKNIK KIMIA

/AKU&TAS TEKNIK

UNIERSITAS IN$NESIA

EP$K

2%1+



P.8-2 (m)

Exothermic reversible reaction with a variable coolant temperature. The elementary reaction

A + B 2 C

Has following parameter values for the base case.

E 2! "cal#mol

C$A C$B C$C 2% cal#mol#&

H'( )2% "cal#mol

C$* % cal#mol#&

" %.%% ,m-#"g s/ at 01% &

a# B %.! cal#"g s &/

& C 1%%% at 0%0 &

Ta 02% &

%.%%2 #"g

mC 1%%% g#s

3ao ! mol#s

C$mc 14 cal#g#&

CTo %.0 mol#,m0

* 1

5ary the following parameters an, write a paragraph ,escribing the tren,s you fin, for each

parameter variation an, why they wor" the way they ,o. se the base case for parameters not

varie,.

A. 3A% 1 3A% 4 mol#s

B. * %.! *

C. a# B %.1 a# B %.4 cal#"g s &/

6. T% 7 01% & T% 0!% & E. Ta 7 0%% & Ta 0% &

3. mC 1 mC 1%%% g#s 8 T% 0!% 9 a# B %.!9 Ta 02%9 3A% !9 * 1:

;. 'epeat e/ an, f/ for counter current coolant flow.

H. 6etermine the conversion in a !9%%% "g flui,i<e, C=T' where A !%% cal#s.& with

T 02% & an, 2 "g#m0

*. 'epeat a/9 b/9 an, ,/ if the reaction were en,othermic with & %9%1 at 0%0 & an,

3a4a5



6i"etahui 7

ntu" mengetahui pengaruh ,ari parameter)parameter yang a,a terha,ap suhu rea"si

e"sotermis ,an suhu pen,ingin ,an untu" parameter yang ti,a" ,ivariasi"an mengguna"an

base case value9 ,ila"u"an perhitungan mengguna"an polymath ,engan ,iguna"an

persamaan7

• >ole balance 7

?enis reactor $B'

( ⁄ )

• 9 ma"a 7

'ate law untu"

• =toichiometry fasa li@ui,9 ti,a" a,a $ mengacu pa,a table example T4)0/



• Energy balance

'ea"tan 7

$en,ingin 7

( ) ( )( )

∑

()

a. ar"as" '

3Ao 1 mol#s 3Ao 0 mol#s

3Ao ! mol#s 3Ao 4 mol#s



;rafi" ,iatas mempunyai sumbu x a,alah suhu T/ ,an sumbu y a,alah "era /.

'ea"si e"soterm merupa"an rea"si yang menghasil"an panas. ;rafi" menunu"an rea"si

menghasil"an panas sampai titi" ma"simal "emu,ian turun. 5ariasi ,ari umlah mol yang

berea"si per ,eti" menunu""an bahwa "enai"an suhu flui,a sampai titi" ma"simal tera,i

secara cepat pa,a lau mol ren,ah ,an ,engan lau mol lebih besar "enai"an suhu flui,a lebih

lambat. 6imana suhu pa,a titi" ma"simal merupa"an "onversi teren,ah "arena suhu

berban,ing terbali" ,engan "onversi.

5. ar"as" ' Kon!"s" Eksoterm"s al"ran 6o-6#rrent

* 1 * 2

* 0 *

6ari grafi" ,iatas ,i,apat"an hasil ,engan mening"atnya * untu" "on,isi e"sotermis a,alah

,engan mening"atnya nilai * suhu proses sema"in stabil tere,am hal ini ,i"arena"an

,engan mening"atnya *9 mempengaruhi nilai rea"tan yang ter"onvensi. 6engan

berubahnya rea"tan ter"onversi9 ma"a suhu ,i,alam proses pun i"ut berubah yang

,irepresentasi"an oleh profil T pa,a grafi" ,i atas.



7. ar"as" '

%91 %90

%9! %94


merupa"an nilai ,ari energi pen,ingin yang ,ibutuh"an untu" men,ingin"an rea"si.

;rafi" menunu""an bahwa saat nilai %91 energi pen,ingin ti,a" cu"up untu"

men,ingin"an rea"si terlihat ,ari besarnya gap antara suhu rea"si ,an suhu pen,ingin. $a,a

%90 energi pen,ingin yang ,ibutuh"an masih "urang ,an pa,a %9! energi pen,ingin

yang ,ibutuh"an su,ah cu"up ,an pa,a %94 energi pen,ingin yang ,ibutuh"an sangat

cu"up untu" men,ingin"an rea"si.

!. ar"as" '



01% & 02% &

00% & 0!% &


merupa"an suhu awal rea"si ,imana suhu air pen,ingin yang ,iguna"an 02% &. ;rafi"

menunu""an bahwa sema"in tinggi suhu awal rea"si ma"a a"an lebih cepat mencapai nilai

suhu ma"simal se,ang"an ,engan suhu masu" awal rea"si yang lebih ren,ah suhu rea"si

a"an lebih lambat mencapai suhu ma"simal.

e. ar"as" '

0%% & 02% &



00% & 0% &


merupa"an suhu air pen,ingin yang ,iguna"an ,imana suhu rea"si 00% &. ;rafi"

menunu""an bahwa sema"in ren,ah suhu air pen,ingin ,engan suhu rea"si 00% & ma"a

proses pen,inginan lebih cepat berlangsung "arena energi panas yang ,iserap oleh pen,ingin

sema"in banya".

. ar"as" '

2%% g#s !%% g#s



4%% g#s 1%%% g#s


merupa"an lau alir pro,u". ;rafi" menunu""an bahwa lau alir pro,u" ti,a" begitu

berpengaruh terha,ap perubahan suhu rea"si atau suhu pen,ingin "arena rea"si berlangsung

secara "ontinyu.

9. Re:eat (e) an! () or 7o#nter 7#rrent 7oolant lo4.

&arena aliran counter current ma"a persamaan yang ,iguna"an 7

(

)

• ar"as" '

0%% & 02% &



00% & 0% &


merupa"an suhu air pen,ingin yang ,iguna"an ,imana suhu rea"si 00% &. ;rafi"

menunu""an bahwa sema"in ren,ah suhu air pen,ingin ,engan suhu rea"si 00% & ma"a

proses pen,inginan lebih cepat berlangsung "arena energi panas yang ,iserap oleh pen,ingin

sema"in banya".

• ar"as" '

2%% g#s !%% g#s



4%% g#s 1%%% g#s


merupa"an lau alir pro,u". ;rafi" menunu""an bahwa lau alir pro,u" ti,a" begitu

berpengaruh terha,ap perubahan suhu rea"si atau suhu pen,ingin "arena rea"si berlangsung

secara "ontinyu.

;. eterm"ne t;e 7on<ers"on "n a =,%%% k9 l#"!">e! 6STR 4;ere UA ? =%% [email protected] 4"t;

T ? 2% K an! ? 2 k9@m

6engan ,ata ,iatas ma"a ,i,apat"an "onversi sebesar %9%!- ,ari hasil perhitungan

mengguna"an polymath.



". Re:eat (a), (5), an! (!) " t;e rea7t"on 4ere en!ot;erm"7 4"t; K ? %,%1 at % K an!

• ar"as" '

3Ao 1 mol#s 3Ao 0 mol#s

3Ao ! mol#s 3Ao 4 mol#s




'ea"si ,iatas mempunyai nilai positif yang menunu""an bahwa rea"si yang tera,i

merupa"an rea"si en,otermis. =ehingga grafi" yang ,ihasil"an memili"i garis suhu rea"si

lebih ,ingin ,ari suhu pen,ingin "arena pa,a rea"si en,otermis rea"si membutuh"an panas

bu"an pen,ingin ,an perubahan lau mol ti,a" berpengaruh terha,ap rea"si.

• ar"as" ' kon!"s" en!oterm"s al"ran 7o-7#rrent

* 1 * 2

* 0 *



6ari grafi" ,iatas9 ,apat ,i"etahui pengaruh perubahan terha,ap

"onvergensi suhu antara flui,a pemanas ,an flui,a sema"in cepat9 seperti yang terlihat

pa,a lebih cepat ,ari ,an begitu pula seterusnya.

=e,ang"an pengaruhnya terha,ap massa "atalis a,alah ,engan mening"atnya ma"a

massa "atalis yang ,iperlu"an untu" mencapai "onvergensi suhu flui,a pemanas ,an suhu

flui,a ,ingin lebih banya".

• ar"as" '

01% & 02% &

00% & 0!% &


merupa"an suhu awal rea"si ,imana suhu air pen,ingin yang ,iguna"an 02% &. ;rafi"

menunu""an bahwa suhu pen,ingin ti,a" berpengaruh terha,ap rea"si "arena rea"si yang

tera,i merupa"an rea"si en,otermis yang ti,a" membutuh"an pen,ingin.



P-8.8a



P-8.17

The first)or,er irreversible li@ui,)phase reaction

AB

*s to be carrie, out in a ac"ete, C=T'. $ure A is fe, to the reactor at a rate %.! g mol#min.

The heat)generation curve for this reaction an, reactor system.

( )( )

*s shown in figure $4)1

a/ To what inlet temperature must the flui, be preheate, for the reactor operate at a high

conversionD

b/ hat is the correspon,ing temperature of the flui, in the C=T' at inlet temperatureDc/ =uppose that the flui, is now heate, !

oC above the temperature in part an, then

coole, 1%oC. here it remains. hat will be the conversionD

,/ hat is the extinction temperature for this reaction systemD

e/ rite a @uestion that re@uires critical thin"ing an, then explain why you @uestion

re@uires critical thin"ing.

A,,itional information7

Heat of reaction constant/7 )1%% cal#g mol A

Heat capacity of A an, B7 2 cal#g mol.oC

A7 1 cal#min.oC ambient temperature Ta7 1%%

oC

?awaban7

A. Menent#ka Kalor an9 !":"n!a;kan ke reaktor'

Algoritma7

1. >ol balance untu" C=T'

2. $ersamaan multiple stea,y state

( )()

$ersamaan ,iatas ,iperoleh ,ari stea,y state energy balance untu" C=T' ,engan Heat

effects 4)2/ yaitu7



6imana ,an

( ) [ ( )]

[ ( )]

( )

ma"a

( ) ( )

6imana 7

=ehingga 7

( ) ( ) ( )

6imana 7

,an

>a"a ,iperoleh persamaan 0/

( )( )

6imana7 ma"a7

( * ( ) ()( )

Bagian sisi "iri sebagai heat-generated term7

( ) ( * (

)

Bagian sisi "anan sebagai heat-removed term 7



( ) ( )(

)



&emu,ian ,engan memvariasi"an T%9 ,i,apat nilai 'T/ ,i,alam "urva ;T/9 'T/ vs T%9

seperti ,i bawah ini7



G ( T )

( c a l / g m o l A )

Ber,asar"an ,ata ,ari soal ,i"etahui "urva ;T/ sebagai beri"ut7

120

Kurva G(T)

100

80

60

40

20

0

120 130 140 150 160 170 180190 200 210

T(oC)

;ambar 1. &urva ;T/

6ari "urva ,iatas mengetahui nilai T ,an ;T/ yang "emu,ian ,iguna"an untu" menentu"an nilai 'T/ ,engan cara memvariasi nilai T o

nya. &emu,ian nilai)nilai tersebut ,iplot "e ,alam "urva ;T/9 'T/ vs T%. $erhitungan ,ila"u"an mengguna"an >s.Excel ,an ,iperoleh

sebagai beri"ut7



T T%, R(T)

1% 2%% 21%G(T)

1% 1!% 1-% 1% 14% 22% 20% 2%

12% % )2% )% )-% )4% )1%% )12% )1% )1-% )14% )2%% 1%

12! 2% % )2% )% )-% )4% )1%% )12% )1% )1-% )14% 1%9!

10% % 2% % )2% )% )-% )4% )1%% )12% )1% )1-% 11

10! -% % 2% % )2% )% )-% )4% )1%% )12% )1% 119!

1% 4% -% % 2% % )2% )% )-% )4% )1%% )12% 129!

1! 1%% 4% -% % 2% % )2% )% )-% )4% )1%% 1

1!% 12% 1%% 4% -% % 2% % )2% )% )-% )4% 1!

1!! 1% 12% 1%% 4% -% % 2% % )2% )% )-% 14

1-% 1-% 1% 12% 1%% 4% -% % 2% % )2% )% 2%

1-! 14% 1-% 1% 12% 1%% 4% -% % 2% % )2% %

1% 2%% 14% 1-% 1% 12% 1%% 4% -% % 2% % 4!

1! 22% 2%% 14% 1-% 1% 12% 1%% 4% -% % 2% 44

14% 2% 22% 2%% 14% 1-% 1% 12% 1%% 4% -% % 29!

14! 2-% 2% 22% 2%% 14% 1-% 1% 12% 1%% 4% -%

1% 24% 2-% 2% 22% 2%% 14% 1-% 1% 12% 1%% 4% !

1! 0%% 24% 2-% 2% 22% 2%% 14% 1-% 1% 12% 1%%

2%% 02% 0%% 24% 2-% 2% 22% 2%% 14% 1-% 1% 12% 4



R ( T ) ,

G ( T )

12

0

Kurva R(T),G(T) vs T 120

11

0

10

0

90

80

70

60

50

40

30

20

100

80

60

40

20

0

T0=140

T0=150

T0=160

T0=170

T0=180

T0=190

T0=200

T0=210

T0=220

T0=230

T0=240

G(T)

Linear(G(T))

10

120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185190 195 200 205

T(0C)

-20



T s

6ari "urva ;T/9 'T/ vs T ,i atas9 untu" setiap nilai T% ,iperoleh titi" perpotongan

"urva 'T/ vs T ,engan ;T/ vs T9 sehingga ,i,apat nilai Ts7

T%

Ts T% Ts T% Ts

1% 1229! 1- 1- 1- 1-

1!% 129! 2%% 12 21% 1-!

1-% 1029! 21% 19! 21 1-0

1% 109! 21! 141

14% 10 22% 140

1% 1 20% 144

1! 1!1 2% 1

2%% 1!! 2!% 1

21% 1-%

21 1-0

220

Ts Vs T0

200

180

160

140

120

100 100 120 140 160 180 200

220 240 260

T0



T s

Kurva Temperatur Ignition-Etinction

220

200

180

160

140

120

100 100 120 140 160 180 200

220 240 260

T

0



a) To 4;at "nlet tem:erat#re m#st t;e l#"! 5e :re;eate! or t;e rea7tor o:erate at

a ;"9; 7on<ers"onB

Ber,asar"an persamaan /1%/ ,an 11/ ,ari uraian ,iatas9 ,i"etahui bahwa7

( ) (

)

6imana7

( ) ( * (

)

( ) ( )(

)

=ehingga7

( * ( ) (

)()

6imana 7 ma"a7

( )( ) ( )

()

6ari persamaan ,iatas ,apat ,ilihat bahwa sema"in tinggi nilai Ts ma"a nilai "onversi

uga sema"in besar. >a"a ,apat ,i"etahui bahwa suhu umpan yang menghasil"an

nilai "onversi tertinggi a,alah pa,a nilai T% 214oC "arena ,apat ,ilihat pa,a grafi"9

pa,a suhu 214oC ,an ,iatas suhu 214

oC a"an menghasil"an perubahan nilai Ts yang

singnifi"an.



5) ;at "s t;e 7orres:on!"n9 tem:erat#re o t;e l#"! "n t;e 6STR at "nlet

tem:erat#reB

=uhu rea"tor ,apat ,i"etahui ,engan melihat "urva ,ibawah ini7$a,a T% 214

oC ,i"etahui suhu rea"tor sebesar 1-2

oC untu" lower steady state.

=e,ang"an untu" upper steady state suhu rea"tor mencapai 12oC.



T s

T s

220

Ts Vs T0

200

180

160

140

120

100

100 120 140 160 180 200220 240 260

T0

7) S#::ose t;at t;e l#"! "s no4 ;eate! =o6 a5o<e t;e tem:erat#re "n :art an! t;en

7oole! 1%o6. ;ere "t rema"ns. ;at 4"ll 5e t;e 7on<ers"onB

=etelah suhu umpan ,inai""an !oC9 ma"a mena,i 7 220

oC

6engan suhhu umpan 220oC9 ma"a suhu rea"tor bera,a pa,a <ona upper steady state

"emu,ian setelah suhu ,iturun"an 1%oC9 ma"a suhu umpan berubah mena,i 210

oC.

=ebagaimana terlihat pa,a "urva ,ibawah ini7

Ts Vs

T0

220

200

180

160

140

120

100

100 120 140 160 180 200 220240 260

T0



T s

$a,a T% 210oC ter,apata 0 <ona T= yang terpenuhi yaitu7

Uppersteady state 7 T=1 14oC ;T/ 2

Middlesteady state 7 T=2 1-2oC ;T/ 24

Lowersteady state 7 T=0 1-%

o

C

;T/ 2%

'ea"si berlangsung pa,a "on,isi uppersteady state9 ma"a pa,a T% 210%C ,ihasil"an

energi sebesar 11% cal# gr mol A.

&onversi ,apat ,itentu"an ,engan persamaan beri"ut7

( )

( )

( )

()

!) ;at "s t;e eCt"n7t"on tem:erat#re or t;"s rea7t"on sstemB

Kurva Temperatur Ignition-

Etinction

220

200

180

160

140

120

10

0 100 120 140 160 180 200220 240 260

T0



=uhu extinction a,alah suhu yang membuat suhu pa,a rea"tor tiba)tiba turun ,ari <ona

uppersteady state"e <ona lowersteady state. 6ari "urva ,iatas ,iperoleh suhu extinction

tera,i "eti"a nilai T% 1%C.

e) r"te a D#est"on t;at reD#"res 7r"t"7al t;"nk"n9 an! t;en eC:la"n 4; o#

D#est"on reD#"res 7r"t"7al t;"nk"n9

$a,a "asus ini fa"tor apa yang mempengaruhi "on,isi stea,y stateD

$enentuan variasi suhu umpan9 "arena ,ari variasi suhu umpan a"an ,iperoleh titi")

titi" perpotongan yang ,iguna"an untu" menentu"an nilai Ts9 ,ari titi")titi" tersebut

,apat ,ibauat &urva Temperatur *gnition)Extinction yang berisi informasi 2 <ona

stea,y state yaitu uppersteady state ,an lowersteady state



SIMU&ASI N

'ea"si reversibel amonia a,alah 7

ntu" menyelesai"an simulasi mo,el ini9 ,iperlu"an ,ata),ata pen,u"ung.

* nt e g ra ti on info r mation

Fumber of =egment 7 !

>inimum step 3raction 7 1.% x 1%-

>inimum step Gength 7 . x 1%

m

B a sis

Basis 7 $artial $res

Base Component 7 Fitrogen

'xn $hase 7 5apour $hase

>in9 Temperatur 7 )201oC

>ax Temperatur 7 0%%%oC

Basis nits 7 atm

'ate nits 7 &gmole#m0s

3 o r w a r, r eac ti on

A 1%%%%

E 1%%%

empty

E@u a ti on H e lp

( ) (

)

C a ta l y st ,ata

$article 6iameter 7 %.%%1%% mm

$article =phericity 7 1%%%

=oli, 6ensity 7 2!%%.% &g#m0

Bul" 6ensity 7 12!%.% &g#m0

=oli, Heat Capcity 7 2!%.%%% &?#&g.oC

' e v e rse ' e ac ti on

AI 1.0%%% x 1%+%1%

EI 1.1%% x 1%+%%!

I empty

Tube 6imesion

Total 5olume 7 -.4!1 m0

Gength 7 %.- m

6iameter 7 0.%%%% m

Fumber of tubes 7 1

all Thic"ness 7 %.%%!% m

= to i c hio m e tr y a n, 'ate *n f o

Component >ole G =toich Coeff 3w, Jr,er 'ev Jr,er



Fitrogen 24.%10 )%.!%% %.!% %.%%

Hy,rogen 2.%1- )1.!%% 1.!% %.%%

Ammonia 1.%0% 1.%%% %.%% 1.%%

B a la n c e

Balance Error 7 %.%%%%%

'eaction Heat 2!oC/ 7 ).1 x 1%

"?#"gmole

Tube $ ac "i n g

5oi, 3raction 7 %.!%%

5oi, 5olume 7 0.2- m0

'ea"si =intesis Amonia 7

12 N

2+

0 2 H

2↔ NH

0

&omposisi senyawa rea"tan ,an pro,u" ,alam fra"si mol/ 7

H2 %9!14

F2 %91400

FH0

%9%11

Ar %9%!

CH %920%

6ata),ata pen,u"ung mengenai rea"tor ,an "on,isi rea"si a,alah sebagai beri"ut 7

⁄ ⁄

⁄ ⁄

⁄

⁄

⁄ ⁄

⁄



(

(

=ecara "ineti"a rea"sinya 7

( ) ( )

* ( ⁄ )( ) ( ⁄ ) ( )+

* ( ⁄ )( ) ( ⁄ ) (

)+ ( ⁄ )

⁄

&arena rea"si reversibel9 ma"a

&a# reaks" ke kanan '

⁄

⁄

&a# reaks" ke k"r" '

⁄

⁄

>olar flow ⁄ ⁄

⁄ ⁄

( ) ⁄ ⁄

=ecara termo,inami"a9 "onstanta "esetimbangan ber,asar"an te"anan parsial masing)

masing perea"si 7

=aat "ea,aan setimbang 7

>a"a9

( ) ( )( ) (

)

( )

) ( )

( )

( ) ( ) ⁄ ( ) ⁄( ) ( )

( )( )

( ) ⁄ ( ) ⁄( )



ntu" menemu"an solusi persamaan ini9 ma"a ,iguna"an tool Solver .



6ata "apasitas "alor Cp untu" masing)masing perea"si 7

Nera7a Mol

• $ersamaan ,esain untu" rea"tor $3' 7

• $ersamaan ,ari rate law nya 7

• =ecara =toi"iometri 7

[ ( ) ( )]

6engan "oefisien rea"si tersebut ma"a

nilai K )2 L

( )(

)

( )



* ((

*

(

[ ( ) ( ]

( ) ( ) (

)* ( *)+

( ) ( ) ()

( ) ( ) (

)+ ( * )+

( ) ( )

( ) ( ) ( ) (

)

[ ( ) ( * ( ()

( )) ( * ]

)

( ) (

)

( ) (

)[ ( ) ( * (

()

( )) ( *]

( )

( ) ( ) ( )[ ( ) ( ) ( * ]

( ) ( )

( ) ( ) ( ) ()( ) [( ) (

) ( * ]

( ) ( )

Nera7a Ener9"

( )( ) ( )[( )] (∑)

( ) ( ) ( ) ( ) (

)

'ea"si 7

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )



( )



(

( ) ( )[( )] (∑)

( )

( )

(

( ) ( )[( )

]

(∑ ))

6imana 7 ( ) ( )

Nera7a Moment#m

Persamaan Ergun

( ) ( ) ( )( , * +

( ) ( )

∑

)

( )( )( )

( ) ( )(

) *

( ) ( ) ( ) (

( )( )

( )+



( ) ( ) ( ) ( )( ) []

( )

( )



SIMU&ASI M$E& REAKT$R AIA0ATIS

REAKSI EKS$TERMIS REERSI0E& SINTESIS AMM$NIA

$a,a rea"tor a,iabatis ini ,i,apat"an "onversi sebesar 0M. Filai "onversi ini cu"up ren,ah9

hal ini ,isebab"an oleh "onversi FH0 pa,a panang saat panang rea"tor "ira)"ira + 9! m

telah men,e"ati "ea,aan setimbang sehingga "onversi ti,a" ,apat mening"at lebih besar

lagi. =elain itu profil "onversi (/ FH0 sema"in menurun hal ini ,isebab"an a,anya se,i"it

FH0 yang terurai mena,i F2 ,an H2.

$a,a profil ( ,an He terha,ap T ,apat ,ilihat bahwa tera,i "enai"an temperatur seiring

,engan mening"atnya "onversi. Hal ini sesuai9 "arena rea"si yang tera,i pa,a sintesa amonia

ini merupa"an rea"si e"sotermis ,imana a"an menghasil"an panas selama rea"si berlangsung

=elain itu9 "onversi a"hir su,ah mencapai pa,a "on,isi "esetimbangannya "arena rea"si FH0

telah setimbang . Temperatur a"hir yang ,i,apat"an a,alah sebesar 0%2.4%!°C. pa,a grafi"

,apat ,ilihat bahwa profil temperatur sema"in menurun hal ini ,iseba"an tera,inya rea"si

bali" yang merupa"an rea"si en,otermis. $a,a rea"si en,otermis panas cen,erung ,iserap

sehingga suhu a"hir rea"tor a"an menurun. =e,ang"an te"anan "eluaran rea"tor yang



melewati interstage cooler yang "emu,ian ,i,ingin"an hingga temperatur awal umpan.

&emu,ian umpan ,imasu""an "embali "e be, 2 ,an rea"si "embali beralan ,an "onversi

mengalami pening"atan hingga pa,a ara" ± 2-.! m9 "eluaran ,ari be, 2 "emu,ian

,ilewat"an "embali pa,a interstage cooler 2 ,an ,i,ingin"an "embali "etemperatur awalumpan. &emu,ian rea"tan ,imasu""an "embali "e be, 0 ,an rea"si "embali beralan ,an

"onversi "embali mening"at walaupun hanya se,i"it. &eluaran ,ari be, 0 ini merupa"an

"eluaran a"hir ,ari rea"tor yang merupa"an "onversi a"hir ,ari rea"tor. Temperatur "eluaran

rea"tor untu" operasi ini a,alah 2%.0-1 °C.

$a,a grafi" profil (9 (e terha,ap T ,apat ,ilihat saat "onversi mencapai "on,isi

"esetimbangan ma"a temperatur a"an ,iturun"an "e temperatur awal umpan ,engan cara

melewat"an pa,a interstage cooler. 6an proses yang sama berlangsung seterusnya hingga

mencapai be, a"hir yanitu be, 0.

$a,a profil (9 T ,an $#$o ,apat ,ilihat tera,i penurunan te"anan. Hal ini ,isebab"an tera,i

fri"si antara rea"tan ,an "atalis yang a"an mening"at"an pressure ,rop. Te"anan "eluaran

rea"tor a,alah 11-.!4 atm. &apasitas pro,u"si FH0 untu" proses a,iabatis ,an interstage ini

a,alah 149! ton#hari 1 tube/. ?a,i ,engan mengguna"an interstage cooler "onversi

mening"at ,ari 0M a,iabatis/ mena,i !0 M a,iabatis + interstage cooler/ ,an hasil

pro,u"si a"an mening"at 1-10.% ton#hari mena,i 14.! ton#hari.



SIMU&ASI M$E& REAKT$R N$N-AIA0ATIS

REAKSI EKS$TERMIS REERSI0E& SINTESIS AMM$NIA

$embuatan simulasi rea"tor non a,iabatis ini bertuuan untu" melihat apa"ah "onversi yang

,ihasil"an a"an lebih besar apabila rea"tor ,i operasi"an pa,a "on,isi non a,iabatis.

Ternyata "onversi yang ,ihasil"an sebesar !%.-- M ,engan panang rea"tor yang sama yaitu

0% m. Filai "onversi ini lebih "ecil ,ari pa,a "onversi rea"tor a,iabatis yang mengguna"an

interstage cooler !0M/ namun lebih besar ,ari rea"tor a,iabatis tanpa interstage cooler

0M/.

$a,a profil (9 T9 $#$o terlihat bahwa "onversi terus mening"at walaupun ti,a"

signifi"an ,an temperatur awalnya mening"at "emu,ian terus turun9 temperatur sengaa

,iturun"an agar "onversi mening"at. Temperatur "eluaran rea"tor a,alah 24.4 °C.

Temperatur ,iturun"an ,engan mengonta""an rea"tan ,engan air pen,ingin sehingga a"an

tera,i perpin,ahan "alor melalui ,in,ing rea"tor ,engan A sebesar 1%.0 "#m2

hr ,an

Ta 2% °C. &eti"a melewati posisi awal rea"tor9 rea"si berlangsung sangat cepat sehingga



panas yang ,iserap air pen,ingin ti,a" ,apat mengimbangi panas rea"si yang ,ihasil"an

sehingga temperatur awal rea"tor mena,i nai". $a,a grafi" uga ,apat ,ilihat tera,i

penurunan pa,a te"anan. Hal ini ,isebab"an tera,i fri"si antara rea"tan ,an "atalis yang

a"an mening"at"an pressure ,rop. te"anan "eluaran rea"tor sebesar 11!.1 ,engan

"apasitas pro,u"si FH0 sebesar 142. ton#hari 1 tube/.

SIMU&ASI REAKT$R AIA0ATIS ENGAN A0S$R0ER N AN

SUPP&AI 2 AN N2

6engan menambah suplay te"anan F2 ,an H 2 masing)masing sebesar 1% atm ,an

mengabsorbsi te"anan FH0 sebesar 1% atm9 "onversi pa,a rea"tor a,iabatis mening"at

mena,i !4.24 M. Temperatur "eluaran sebesar 01.4! °C ,an te"anan "eluaran 11.2

atm. &apasitas pro,u"si FH0 sebesar 2140.0 ton#hari 1 tube/. Hal ini berarti apabila te"anan

,inai""an lebih besar lagi ma"a "onversi a"an sema"in lebih besar lagi sehingga a"an

menghasil"an pro,u" "eluaran yang lebih banya" lagi.



SIMU&ASI REAKT$R AIA0ATIS F INTERSTAGE COOLER ENGAN

A0S$R0ER N AN SUPP&AI 2 AN N2

$a,a proses ini9 <at perea"si yaitu H2 ,an F2 te"anannya ,isupplai "e "onverter

sebanya" masing)masing 1% atm guna mening"at"an "onversinya. =elain itu9 ammonia FH0/

sebagai pro,u" ,iperla"u"an ,iabsorbsi ,engan absorben air murni pa,a umlah yang sama

yaitu sebesar 1% atm. $roses tambahan ini menghasil"an "onversi yang mening"at ,an

bah"an melewati "onversi "esetimbangannya ,ari "ea,aan awal sebelumnya lihat grafi"

sebelah "iri9 ,engan garis "urva yang menyata"an hubungannya ,engan te"anan $//.

&onversi a"hir ,i,apat"an sebesar %9-4-24 "onversi sebesar -49-24M/.

Hal ini ,i"arena"an ,engan menambah "omposisi perea"tan H2 ,an F2/ ,an

mengurangi "omposisi pro,u"nya9 ammonia FH0/9 a"an membuat rea"si reversibel ini

bergeser "esetimbangannya "e "anan "ecen,erungan terus membuat pro,u"/. Jleh "arena

itu "onversi terbentu"nya pro,u" "ian bertambah9 ,itan,ai ,engan lau "apasitas pro,u"si

FH0 per harinya mencapai 2!%9 ton. $roperties ,ari "eluaran proses ini9 yaitu $ ,an T 7

Te"anan "eluaran ,i,apat"an 119% atm9 ,an temperatur "eluaran ,i,apat"an 2494oC.



SIMU&ASI REAKT$R N$N-AIA0ATIS ENGAN

A0S$R0ER N AN SUPP&AI 2 AN N2

=imulasi ini ,ila"u"an ,engan memvariasi"an "embali input perea"si yang

,itambah"an "omposisinya pa,a "onverter9 ,an ,iperla"u"an absorpsi pa,a pro,u"nya9

untu" melihat efe" pa,a pening"atan "onversi perea"sinya9 "husus pa,a rea"tor yang non)

a,iabatis.

$a,a profil (9 T9 $#$o grafi" sebelah "iri/9 terlihat bahwa "onversi besarnya terus

mening"at ,an profil temperatur pa,a awalnya mening"at "emu,ian terus turun. Temperatur

sengaa ,iturun"an agar "onversi tetap mening"at. Temperatur "eluaran rea"tor a,alah

2429-12°C. Temperatur ,iturun"an ,engan cara mengonta""an rea"tan ,engan air pen,ingin

sehingga a"an tera,i perpin,ahan "alor melalui ,in,ing rea"tor ,engan A sebesar 1%.0

"#m2

hr ,an Ta 2% °C. &eti"a melewati posisi awal rea"tor9 rea"si berlangsung sangat

cepat sehingga panas yang ,iserap air pen,ingin ti,a" ,apat mengimbangi panas rea"si yang

,ihasil"an sehingga temperatur awal rea"tor mena,i nai". $a,a grafi" uga ,apat ,ilihat

tera,i penurunan pa,a te"anan. Hal ini ,isebab"an tera,i fri"si antara rea"tan ,an "atalis



yang a"an mening"at"an pressure ,rop. Te"anan "eluaran rea"tor sebesar 11-9-0 atm

,engan "apasitas pro,u"si FH0 sebesar 142. ton#hari 1 tube/.

Hal yang sama yaitu penambahan "omposisi perea"si sebesar 1% atm9 ,an

pengabsorpsian pro,u" ammonia sebesar 1% atm uga9 menghasil"an "onversi sebesar

%9--4- --94-M/. Filai ini lebih besar ,aripa,a hasil ,ari proses pa,a rea"tor non)

a,iabatis awal yang ti,a" ter,apat proses penambahan "omposisi perea"si ,an proses

absorpsi pro,u"9 namun ternyata lebih "ecil ,ari hasil proses yang mengguna"an rea"tor

a,iabatis + interstage !ooler . Hal ini ,i"arena"an pa,a rea"tor a,iabati"+interstage !ooler

be"era lebih efisien memanfaat"an perea"si yang masu" "e "olom. $erea"si ini a"an

,i,ingin"an ,i setiap tahap ,alam "olom sehingga "onversi perubahan mena,i pro,u"nya

mena,i lebih besar.

ASI& SIMU&ASI M$E& TEMPERATUR UMPAN $PTIMUM

PAA REAKT$R AIA0ATIS

Tabel ,i atas a,alah variasi ,ata ,ari temperatur umpan To/ yang masu" "e rea"tor

a,iabatis9 untu" mengetahui pa,a temperatur berapa a"an ,icapai "onversi ma"simum.

Temperatur yang ,icapai ini a,alah temperatur umpan yang optimum.



Hasil ,ari simulasi ini9 terlihat bahwa seiring ,engan nai"nya temperatur umpan9 a"an

menghasil"an "onversi yang sema"in besar. $a,a grafi" ,i atas9 terlihat bahwa pa,a

temperatur umpan 2%oC profil "onversi yang mening"at telah mencapai titi" ma"simumnya

hingga setelah temperatur ,inai""an "embali "onversi a"an "emu,ian turun. Hal ini tera,i

"arena pa,a temperatur umpan yang ,ivariasi"an sampai menuu 2%oC9 "onversi perea"si

besarnya bergantung pa,a lau rea"si ,imana sema"in tinggi temperatur ma"a lau rea"si

a"an sema"in cepat sehingga "onversi bernilai besar. =etelah suhu ,inai""an melewati

2%oC9 rea"si "esetimbangan telah beralan stabil ,an su,ah ,i"enai a,anya !ooling yang

be"era sehingga "onversi a"an turun.

ntu" "onversi "esetimbangan (e/9 ,apat terlihat pa,a profil ini9 yaitu pa,a rea"si

e"sotermis9 ,engan mening"atnya temperatur umpan ma"a rea"si a"an bergeser "e arah

en,otermis9 atau "e arah rea"tan9 sehingga nilai "onversi "esetimbangan untu" membentu"

pro,u" a"an menurun.

?a,i pa,a simulasi ini ,i,apat"an temperatur optimum untu" men,apat"an "onversi

yang ma"simum a,alah pa,a 2%oC ,engan "onversi yang ,i,apat"an sebesar %9!%.



K o n v e r s i

! a n " e

T

# u t

( o

C )

ASI& SIMU&ASI M$E& TEMPERATUR UMPAN $PTIMUM

PAA REAKT$R N$N-AIA0ATIS

Reaktor Non-Adiabatis

To (C) T (C) X Xe

200 275,129 0,46696 0,753

210 275,963 0,48734 0,737

220 276,343 0,50167 0,73

240 276,644 0,51438 0,716

260 277,757 0,51163 0,68

270 278,84 0,50668 0,66

280 280,217 0,50035 0,624

300 283,543 0,48543 0,557

320 287,289 0,46915 0,515

330 289,251 0,46078 0,5

350 293,293 0,44381 0,469

370 297,446 0,42664 0,46

400 303,827 0,40067 0,433

$a,a simulasi ini9 ingin ,ilihat pa,a temperatur umpan To/ masu" rea"tor berapa "ah

yang a"an menghasil"an "onversi ma"simum9 pa,a rea"tor yang non)a,iabatis.

Rea$tor %on a!ia&atis

1

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.40.3

0.2

0.1

0

e

T (!)

200 250 300350 400

To(oC)

400

380

360

340

320

300

280260

240

220

200



$a,a grafi" ,i atas terlihat bahwa seiring mening"atnya temperatur umpan9 "onversi

yang ,ihasil"annya mengalami "enai"an hingga pa,a temperatur 2%oC. $a,a temperatur

umpan 2%oC profil "onversi yang mening"at telah mencapai titi" ma"simumnya hingga

setelah temperatur ,inai""an "embali "onversi a"an "emu,ian turun. Hal ini tera,i "arena pa,a temperatur umpan yang ,ivariasi"an sampai menuu 2%

oC9 "onversi perea"si besarnya

bergantung pa,a lau rea"si ,imana sema"in tinggi temperatur ma"a lau rea"si a"an sema"in

cepat sehingga "onversi bernilai besar. =etelah suhu ,inai""an melewati 2%oC9 rea"si

"esetimbangan telah beralan stabil ,an su,ah ,i"enai a,anya !ooling yang be"era pa,a

rea"tor sehingga "onversi a"an turun.

ntu" "onversi "esetimbangan (e/9 ,apat terlihat pa,a profil ini9 yaitu pa,a rea"si

e"sotermis9 ,engan mening"atnya temperatur umpan ma"a rea"si a"an bergeser "e arah

en,otermis atau "e arah rea"tan9 sehingga nilai "onversi "esetimbangan untu" membentu"

pro,u" a"an menurun.

?a,i pa,a simulasi ini ,i,apat"an temperatur optimum untu" men,apat"an "onversi

yang ma"simum a,alah pa,a 2%oC ,engan "onversi yang ,i,apat"an sebesar %9!104.

ASI& SIMU&ASI M$E& TEMPERATUR PENINGIN TERAAP

K$NERSI AKIR PAA REAKT$R N$N-AIA0ATIS

X

Ta To=270 C To=240 C

150 0,38874 0,15163

170 0,44977 0,1986

200 0,53326 0,31249

220 0,56003 0,41624

250 0,54321 0,52245

270 0,50668 0,51438

300 0,43604 0,45192

320 0,38614 0,40314

350 0,31386 0,3309

Tabel ,i atas merupa"an ,ata variasi temperatur pen,ingin Ta/ pa,a rea"tor non)

a,iabatis yang a"an ,icari pa,a temperatur pen,ingin "e berapa yang optimum a"an ,icapai

"onversi yang ma"simum.



"

1

0.8

'engaru Temperatur 'en!ingin T"=270

!

T"=240

!

0.6

0.4

0.2

0

150 175 200 225 250 275300 325 350

Ta ,C

Ber,asar"an grafi" hasil simulasi ,i atas9 variasi "enai"an temperatur pen,ingin

,ihubung"an ,engan temperatur umpan masu" rea"tor. $a,a temperatur umpan 2%oC9

temperatur pen,ingin yang optimum untu" mencapai "onversi ma"simumnya a,alah pa,a2!%

oC. =e,ang"an pa,a temperatur umpan 2%

oC9 temperatur pen,ingin yang optimum

a,alah pa,a 22%oC. $a,a temperatur air pen,ingin ,ibawah 2!%°C9 "onversi untu" To

2%°C lebih besar ,aripa,a "onversi untu" To 2%°C untu" temperatur air pen,ingin yang

sama. Hal ini ,i"arena"an pa,a bagian temperatur air pen,ingin ,ibawah 2!%°C9 "onversi

ber"aitan ,engan lau rea"si. $a,a temperatur umpan 2%°C lebih besar ma"a "onversinya

uga a"an lebih besar temperatur berban,ing lurus ,engan "onversi ,alam hubungannya

,engan lau rea"si/. A"an tetapi saat temperatur air pen,ingin ,iatas 2!%°C9 "onversi untu"

To 2%°C ,an To 2%°C memberi"an nilai yang ti,a" auh berbe,a untu" temperatur air

pen,ingin yang sama. Hal ini ,isebab"an saat temperatur air pen,ingin ,iatas 2!%°C9

"onversi telah ,ibatasi oleh "esetimbangan termo,inamis9 sehingga "onversi untu" To

2%°C ,an To 2%°C hampir sama. 6engan ,emi"ian untu" temperatur air pen,ingin ,iatas

tugas reaktor non-isotermal_kelompok 10_kelas sore

Documents