Reaktor 5x5dx
This document was ed by and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this report form. Report 3l3c15
Overview 3z723u
& View Reaktor as PDF for free.
More details 2i4a6q
- Words: 8,250
- Pages: 91
Data-data Komponen
Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
Arus Recycle
132 58.5 142 53.5 18
a = NH4Cl b = (NH4)2SO4 c = NaCl d = Na2SO4 e = H2O
3.0929 1.4692 2.7915 3.977 30.0962
S-01 (NH4)2SO4 1
12
2
9 M-01 3
RVF-01
7
10
RD-01
11
R-01 8
13 15
6
M-02 5
EV-01
17 14
CR-01
4 S-02 NaCl 18
ARUS 1 Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
ARUS 4 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 29.4925 0.0000 0.0000 0.0000 2.1846
kg/jam 3893.0100 0.0000 0.0000 0.0000 39.3233
ARUS 2 Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
ARUS 5 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 209.3692
kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 3768.6447
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
16
20 19
CF-01
RD-02
ARUS 3 Komponen
ARUS 6 Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
kgmol/jam
132 58.5 142 53.5 18
kg/jam
29.4925 0.0000 0.0000 0.0000 211.5538
3893.0100 0.0000 0.0000 0.0000 3807.9681
ARUS 18 (RECYCLE) Komponen
Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl(aq) H2O
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
KOMPOSISI MASUK REAKTOR (R-0
kgmol/jam
132 58.5 142 53.5 18
Komponen
kg/jam
1.4692 2.7915 3.9770 3.0929 30.0962
193.9344 163.3028 564.7340 165.4702 541.7316
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
REAKSI : (NH4)2SO4 mula-mula: reaksi: sisa:
+
2NaCl
30.9617 29.4136 1.5481
64.7258 58.8272 5.8985
ARUS 7 Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
3.9770 29.4136 33.3906
ARUS 8 Berat Molekul
kgmol/jam
132 58.5 142 53.5 18
kg/jam
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 598.5623
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 10774.1212
ARUS 9 Komponen
Na2SO4
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
ARUS 10 Berat Molekul
kgmol/jam
132 58.5 142 53.5 18
kg/jam
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 26.3415
Na2SO4 yang larut pada arus 13 = =
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 474.1467 614.5293 kg/jam 4.3277 kgmol/jam
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
ARUS 12 Komponen
ARUS 11
Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam
kg/jam
0.0014 0.0053 0.0000 0.0001 0.1584
Komponen 0.1839 0.3106 0.0000 0.0033 2.8509
ARUS 13 Komponen
ARUS 14
Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 1.5465 5.8926 4.3277 61.8582 175.8061
kg/jam 204.1429 344.7184 614.5293 3309.4142 3164.5094
ARUS 15 Komponen
132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 158.2255
kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 2848.0584
ARUS 17 Komponen
132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 17.4664
kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 314.3944
ARUS 20 Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl(s) H2O NH4Cl(aq)
ARUS 19
Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
Komponen
ARUS 16
Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
ARUS 21
Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0742 2.9771 0.3366 0.0000 4.7527
kg/jam 9.8001 174.1590 47.8035 0.0000 85.5492
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
CEK NERACA MASSA TOTAL Input Arus 2 Komponen
Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
132 58.5 142 53.5 18 TOTAL
kgmol/jam
kg/jam
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 209.3692 3768.6447 853.3413 kgmol/jam 21230.6247 kg/jam
Arus 1 kgmol/jam
kg/jam
29.4925 0.0000 0.0000 0.0000 2.1846
3893.0100 0.0000 0.0000 0.0000 39.3233
OUTPUT Arus 7 Komponen
Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
132 58.5 142 53.5 18
TOTAL
kgmol/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 598.5623
kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 10774.1212
853.3413 kgmol/jam 21230.6247 kg/jam
Arus 11 kgmol/jam 0.0002 0.0006 29.0629 0.0619 0.0176 29.1431
kg/jam 0.0204 0.0345 4126.9380 3.3094 0.3168 4130.6191
12
RD-01
11
5
17 14
CR-01
20 21
19
16
RD-02
CF-01
ARUS 4 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0000 61.9343 0.0000 0.0000 0.8084
kg/jam 0.0000 3623.1536 0.0000 0.0000 14.5508
ARUS 5 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 505.7445
kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 9103.4011
ARUS 6 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0000 61.9343 0.0000 0.0000 506.5529
kg/jam 0.0000 3623.1536 0.0000 0.0000 9117.9519
KOMPOSISI MASUK REAKTOR (R-01) Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
+
kgmol/jam 30.9617 64.7258 3.9770 3.0929 748.2029
kg/jam 4086.9444 3786.4564 564.7340 165.4702 13467.6515
2NH4Cl 3.0929 58.8272 61.9201
ARUS 8 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 1.5481 5.8985 33.3906 61.9201 149.6406
kg/jam 204.3472 345.0634 4741.4673 3312.7270 2693.5303
ARUS 10 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0015 0.0059 29.0629 0.0619 0.1760
kg/jam 0.2043 0.3451 4126.9380 3.3127 3.1677 4133.9678
0.9982995
ARUS 11 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0002 0.0006 29.0629 0.0619 0.0176
kg/jam 0.0204 0.0345 4126.9380 0.99910882 3.3094 0.3168 4130.6191
ARUS 14 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 1.5465 5.8926 4.3277 61.8582 17.5806
kg/jam 204.1429 344.7184 614.5293 3309.4142 316.4509
ARUS 16 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18 53.5
kgmol/jam 1.5465 5.8926 4.3277 58.7653 17.5806 3.0929
kg/jam 204.1429 344.7184 614.5293 3143.9441 316.4509 165.4702
ARUS 19 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0773 3.1011 0.3507 58.7653 4.9508
kg/jam 10.2085 181.4156 49.7953 3143.9441 0.90486823 89.1137 3474.4772
ARUS 21 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0031 0.1240 0.0140 58.7653 0.1980
kg/jam 0.4083 7.2566 1.9918 3143.9441 0.99581228 3.5645 3157.1654
Input Arus 4 kgmol/jam
Arus 5
kg/jam
0.0000 61.9343 0.0000 0.0000 0.8084
0.0000 3623.1536 0.0000 0.0000 14.5508
kgmol/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 505.7445
kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 9103.4011
Arus 9 kgmol/jam
kg/jam
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 26.3415 474.1467
Arus 17 kgmol/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 17.4664
OUTPUT Arus 12 kgmol/jam 0.0014 0.0053 0.0000 0.0001 0.1584 0.1651
Arus 15
kg/jam 0.1839 0.3106 0.0000 0.0033 2.8509 3.3487
kgmol/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 158.2255
kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 2848.0584
Arus20 kgmol/jam
kg/jam
0.0742 9.8001 2.9771 174.1590 0.3366 47.8035 0.0000 0.0000 4.7527 85.5492 8.1407 317.3118
Arus 21 kgmol/jam 0.0031 0.1240 0.0140 58.7653 0.1980 59.1045
Arus 17 kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 314.3944
3893.0100 3623.1536 0 0 13714.4611 21230.6247
Arus 21 kg/jam 0.4083 7.2566 1.9918 3143.9441 3.5645 3157.1654
10.4128 181.7607 4176.7333 3147.2568 13714.4611 21230.6247
DATA SIFAT FISIS 1 Kapasitas panas () formula : = A + BT + CT2 + DT3 KJ/kmol K Nilai konstanta masing-masing komponen : Komponen A B C (NH4)2SO4 24.56 0.1311 -2.13E-05 NaCl 95.016 3.36E-02 -1.39E-05 Na2SO4 12.202 5.81E-01 -6.06E-04 NH4Cl 23.118 1.50E-01 -3.03E-05 H2O 92.053 -4.00E-02 -2.11E-04
5.32E-07
2 Densitas (ρ) formula : ρ = A*B^(-(1-T/Tc)^n) g/mL T dalam K Nilai konstanta masing-masing komponen : Komponen A B n (NH4)2SO4 0.2015 0.1125 0.28571 NaCl 0.22127 0.10591 0.37527 Na2SO4 0.26141 0.1 0.28571 NH4Cl 0.75456 0.3 0.28571 H2O 0.3471 0.274 0.28571
Tc 1104.32 3400.00 3700.00 882.00 647.13
3 Viskositas (μ) formula : log μ = A + B/T + CT + DT^2 Nilai konstanta masing-masing komponen : Komponen A ngawur (NH4)2SO4 -0.8734 NaCl -0.9169 Na2SO4 11.2905 NH4Cl -0.8508 H2O -10.2158
B 1.04E+03 1.08E+03 -4.58E+03 9.30E+02 1.79E+03
4 Konduktivitas panas (k) Data konduktivitas panas (k) untuk bahan organik (W / m K) formula : k = 10^( A + B(1-T/Tc)^(2/7)) Nilai konstanta masing-masing komponen : Komponen A B CH2O -0.863 0.369 CH4O -1.179 0.619 C6N4H12 -1.81 1.059 Data konduktivitas panas (k) untuk bahan anorganik (W / m K) formula : k = A + BT + CT^2 Komponen A B NaCl 51.6119 -2.96E-01 H2O -0.2758 4.61E-03 5 Tekanan uap murni (Po) Data tekanan uap (mmHg) formula : log P = A + B/T + C log T + DT + ET^2 Komponen A B
C -6.58E-12 -7.62E-05 -6.78E-03 -4.76E-12 1.77E-02
D
D 2.64E-13 1.11E-08 9.24E-07 1.78E-15 -1.26E-05
Tc 580 512.58 655
C 4.71E-04 -5.54E-06
C
D
CH4O NH3 H2O CH2O C6N4H12
asli
Coulson
45.617 37.158 29.861 41.96 57.648
-3144.7 -2027.7 -3152.2 -2135.5 -4656.895
-13.988 -11.601 -7.304 -13.765 -16.755
6.64E-03 7.46E-03 2.43E-09 9.57E-03 1.76E-06
ln P = A - ( B / ( T + C ) ) NH3 A 16.9481 B 2132.5 C -32.98 ln P 81.6085 P 2.77E+35 mmHg 3.6417E+32 atm
T Air rho my k
92.053 0.347 -10.216 -0.276
-0.039953 0.274 1795.2 4.61E-03
-0.00021 0.286 0.018 -5.54E-06
5.35E-07 647.13 -1.26E-05
T Air rho my k
92.053 0.347 -10.216 -0.276
-0.039953 0.274 1795.2 4.61E-03
-0.00021 0.286 0.018 -5.54E-06
5.35E-07 647.13 -1.26E-05
T air rho my k
92.053 0.347 -10.216 -0.276
Sifat Fisis Udara T K 250
ρ kg/m3 1.4128
-0.039953 0.274 1795.2 4.61E-03
( Apendix A-5 Holman ) μ x 105 kJ/kg.oC kg/m.s 1.0053 1.599
-0.00021 0.286 0.018 -5.54E-06
ν x 106 m2/s 11.31
5.35E-07 647.13 -1.26E-05
k W/m.oC 0.02227
300 310.65 340.5537151 350
1.1774 1.1392 1.0319 0.998
1.0057 1.0064 1.0084 1.009
0.8462 1.1079 1.8428 2.075
15.69 16.77 19.80 20.76
0.02624 0.02705 0.02931 0.03003
Sifat-sifat logam (Appendix A-2 Holman hal 581) Baja karbon T, oC k, W/m.oC
0 55
T= k=
100 52
200 48
300 45
100 oC 52
Tabel 2 Kern hal 795 Asbestos o
rho [lb/ft3] 29.3 29.3 36 36 36 36 43.5 43.5
F
k [Btu/(hr.ft2.oF/ft)] -328 0.043 32 0.09 32 0.087 212 0.111 392 0.12 752 0.129 -328 0.09 32 0.135
o
rho 29.3 29.3 30 36 36 36 43.5 43.5
C -200 0 0 100 200 400 -200 0
400 42
Carl & Yaws
dT 4960.2399 7853.7745 10402.8024 5251.6463 5634.4373
To= T=
= =
70.4969 105.6138 144.6764 74.8570 75.3823 air T 35
rho
12.2020 KJ/kmol K 0.6779 KJ/kgK Rho T 30 1.7607
1.4051 1.8984 2.4402 2.1114 0.9558
1.9202 1.9487 -3.3818 1.6437 -0.5542
25 100
1.2449
log μ #VALUE! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!
0.0000003 0.0005712
k 0.25817
51.6119 -0.2758 k=1 k2
E
log P
#VALUE! 7.61453351 1.14095148
P mmHg
atm
psia
298 373
-1.05E-13 -9.58E-12 1.81E-06 -5.11E-12 3.69E-06
#DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!
120 393 76.3720 0.9347 0.2987 0.6810
kJ/kmol K g/mL W/m K
20 293 75.7679 1.0316 1.2609 0.5998
kJ/kmol K g/mL W/m K
#REF! #REF! #REF! #REF! #REF! #REF!
α x 104 m2/s 0.15675
#DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!
#DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!
4.1868 1.0134 58.3275 0.7226 0.39349
btu/lbm.F lb/ft3 lb/ft jam btu/hr.ft.F
4.1868 1.0054 64.3747 3.0503 0.34656
btu/lbm.F lb/ft3 lb/ft jam btu/hr.ft.F
4.1868 kJ/kmol K g/mL W/m K
Pr 0.722
#REF! #REF! #REF! #REF!
btu/lbm.F lb/ft3 lb/ft jam btu/hr.ft.F
#DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!
0.2216 0.2379 0.2838 0.2983
0.708 0.706 0.699 0.697
600 35
T isolasi = k= rho =
800 31
o 40.0000 C
0.0966 36
1000 29
1200 31
Perhitungan Neraca Massa di Reaktor REAKTOR 1 A 1 2 3 4 5
NERACA MASSA Basis perhitungan Kapasitas pabrik Operasi pabrik selama setahun Produksi Ammonium Chloride Umpan reaktor :
1 jam operasi 25000 kg/tahun 330 hari 3156,5657 kg/jam
input Komponen
BM
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
132.0000 58.5000 142.0000 53.5000 18.0000
arus 3 kmol/jam 29.4925 0.0000 0.0000 0.0000 211.5538 241.0463
Total konversi 6 Reaksi yang terjadi di dalam reaktor : (NH4)2SO4 + mula2 30.9617 reaksi 29.4136 sisa 1.5481
22071.2 0.9500 2NaCl
Na2SO4 64.7258 58.8272 5.8985
7 Komposisi produk :
output Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total
B
BM 132.0000 58.5000 142.0000 53.5000 18.0000
arus 8 kmol/jam 1.5481 5.8985 33.3906 61.9201 149.6406
kg/jam 204.3472 345.0634 4741.4673 3312.7270 2693.5303 22071.2565
NERACA PANAS 1 Tujuannya: 1 Menghitung panas yang masuk dan keluar reaktor 2 Menghitung kebutuhan air pendingin untuk menjaga suhu reaktor tetap
+
2 Blok diagram neraca panas di reaktor
H2
H1 REAKTOR
Qr dengan
H1 H2 Qr Qp
Qc Entalpi total reaktan masuk reaktor Entalpi total produk keluar reaktor Panas reaksi standar pada 298 K (-∆Hr) Panas yang harus diberikan untuk menjaga suhu reaktor konstan
3 Menghitung banyaknya panas yang harus didiberikan (Qp) Persamaan neraca panas di sekitar reaktor : Qp = H1 + Qr - H2 Dalam perhitungan digunakan suhu referensi = 25oC = 298 K a Menghitung entalpi reaktan masuk reaktor (H1) suhu umpan = 100 oC = 373 K persamaan : = A + BT + CT2 + DT3 Komponen masuk reaktor dari neraca massa : komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total panas masuk reaktor =
n (kmol/jam) 30.9617 64.7258 3.9770 3.09290 748.2029
kj / kmol K dT 4960.2399 7853.7745 10402.8024 5251.6463 5634.4373
4935235.7681 kJ/jam
b Menghitung entalpi produk keluar reaktor (H2) suhu keluar reaktor : 100 oC Komponen keluar reaktor dari neraca massa : dT komponen n (kmol/jam) (NH4)2SO4 1.5481 4960.2399 NaCl 5.8985 7853.7745 Na2SO4 33.3906 10402.8024 NH4Cl 61.9201 5251.6463 H2O 748.2029 5634.4373 Total Total panas keluar reaktor =
n dT 153577.4604 508341.4462 41371.9451 16242.8170 4215702.10 4935235.7681
373 n dT 7678.8730 46325.6461 347355.9693 325182.6244 4215702.099 4942245.212
4942245.2122 kJ/jam
c Menghitung panas reaksi standar pada suhu 298 K data panas pembentukan standar : ∆Hr 298 = ∆Hf produk - ∆Hf reaktan ∆Hr 298 = (n Na2SO4 * ∆Hf Na2SO4 + n NH4Cl*∆Hf NH4Cl) - (n (NH4)2SO4* ∆Hf (NH4)2SO4 + n NaCl komponen n (kmol/jam) ∆Hf, kcal/mol ∆Hf, kcal/jam (NH4)2SO4 29.4136 -279.33 -8216105.078 NaCl 58.8272 -97.324 -5725301.333 Na2SO4 29.4136 -330.82 -9730612.114 NH4Cl 58.8272 -71.20 -4188498.776
∆Hr ∆Hr Keterangan Panas yang dibawa umpan Panas yang dibawa produk Panas reaksi Panas yang dibutuhkan
22295.52 kcal/jam 93288.8549 kJ/jam Input (kJ/jam) Output (kJ/jam) 4935235.7681 4942245.2122 93288.8549 100298.2990 5035534.0671 5035534.0671
4 Mencari banyaknya steam yang dibutuhkan Q = m ∆H steam yang digunakan: T 120 P 198.54 H sat liquid 503.7 H sat vapour 2706.00 ∆H = 2202.3000 m = Q / ∆H steam yang dibutuhkan: 45.5425
oC kPa kJ/kg kJ/kg kJ/kg kg
SVA App.F HAL 690
gan Neraca Massa di Reaktor
arus 3 kg/jam 3893.0100 0.0000 0.0000 0.0000 3807.9681 7700.9781
Na2SO4
input arus 6 arus 18 kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam 0.0000 0.0000 1.4692 193.9344 61.9343 3623.1536 2.7915 163.3028 0.0000 0.0000 3.9770 564.7340 0.0000 0.0000 3.0929 165.4702 506.5529 9117.9519 30.0962 541.7316 568.4871 12741.1055 22071.2565
+
output arus 7 kmol/jam kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 598.5623 10774.1212 22071.2565
reaktor tetap
2NH4Cl 3.9770 29.4136 33.3906
41.4268 1629.1729
3.0929 58.8272 61.9201
k menjaga suhu reaktor konstan
Coulson, vol 6, 1989
Carl & Yaws, 1999
K
Cl) - (n (NH4)2SO4* ∆Hf (NH4)2SO4 + n NaCl*∆Hf NaCl)
100298.2990
SVA App.F HAL 690
PERANCANGAN REAKTOR Jenis : Alasan pemilihan :
Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB)
1 waktu tinggal pada setiap bagian volume lebih lama sehingga reaks 2 konversi yang diperoleh mendekati konversi teoritis 3 karena reaksinya fase cair sehinga penggunan RATB sesuai Kondisi operasi : Tekanan reaktor ditentukan sebesar : suhu : Tekanan operasi (over design 20 %) = Reaksi yang terjadi : (NH4)2SO4(l) + 2 konversi
100
NaCl(l)
Na2SO4(s) + 2 NH4Cl(l) 95 % terhadap ammonium sulfat
Kapasitas pabrik ditentukan sebesar 25.000 ton ammonium klorida / tahun Reaksi di atas dapat dituliskan : A+2B Reaksi merupakan reaksi orde dua dengan persamaan kecepatan reaksi :
C+2
-rA = k CACB Persamaan perancangan RATB :
V dengan :
( FAO
( rA )
V Fao Fa rA xa
Menghitung Volume Reaktor Menghitung densitas campuran di dalam reaktor suhu reaktor Densitas cairan = Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total Debit reaktor =
FA)
( FA (
Densitas campuran =
Waktu tinggal reaktor diketahui waktu tinggal dalam reaktor t
konsentrasi mula-mula reaktan masuk reaktor Cao Cbo
V reaktor
Volume perancangan dengan faktor keamanan 20 % =
Menghitung Dimensi Utama Reaktor Silinder tegak, bentuk atap dan dasarnya torispherical Bentuk : alasan : range tekanan 15-200 psi V head 0,000049 x di^3 dimensi yang digunakan dalam perancangan : H = D dengan volume reaktor = volume silinder + 2 volume head V reaktor = 1/4 π D^2 H + 2 * 0,000049 di^3 dengan: H = D maka, V reaktor = (1/4) π D3 x 5,787037E-04 + 2 x 0,000049 D^3 diperoleh : D3 D
sehingga :
H
Mencari Ketinggian Cairan dalam Reaktor Volume cairan = V reaktor sebelum over design= Vol head 0,000049 x di^3 Vol head dasar 4.0322 vol cairan di shell = vol cairan - volume head dasar 33.8407 2 vol cairan di shell = 0.25 π D ZL
tinggi cairan (ZL)
3.2812 1.0001
Menghitung Tebal Dinding Reaktor Persamaan yang digunakan :
t dengan
P . ri C f . E 0,6 P
t P ri
diketahui ri Tekanan operasi
1.2 17.6400 2539.6825 ρ* (g/gc)* ZL
P hidrostatik
255.3868 0.1207 1.7739 Tekanan perancangan = P operasi + P hidrostatik
19.4139 Direncanakan bahan konstruksi dipilih dari stainless steel SA 203 grade B karena cairan dalam re Spesifikasi bahan : Allowable stress ( f ) Corrosion Allowance ( C ) Effisiensi pengelasan ( E ) dimasukkan ke persamaan, maka diperoleh tebal dinding reaktor : ts digunakan tebal standar dinding reaktor :
Menghitung Tebal Head Persamaan :
diambil standar
t
P . rc .W 2. f . E 0 , 2. P
ID OD = ID + 2*ts OD Tabel 5.7 Brownell, hal 91 icr r
maka :
1 r W 3 4 icr W sehingga : th
C
digunakan tebal head reaktor : th
Menentukan Tinggi Head a = AB = BC = AC = b = untuk tebal head 3/16 in, maka : standar straight flange (sf) : 1.5 - 2.25 in dipilih tinggi head = th + b +sf
sf = 9.2789 0.2357 0.7732 tinggi silinder + 2.tinggi head 62.0539 1.5762 5.1712
Tinggi reaktor total =
t
21.7480144 18.74801 45.00000 40.9086 7.0914
1 t W 4 . f
2
P . r i C X P . r c . W r A O A C 3 i c r f . E 0 , 6 P r . E 0 , 2 . P A
C
PERANCANGAN REAKTOR
angki Berpengaduk (RATB)
pada setiap bagian volume lebih lama sehingga reaksinya seragam diperoleh mendekati konversi teoritis nya fase cair sehinga penggunan RATB sesuai
Rase hal 331,1977
Isothermal 1 atm
14.7000 psi
oC
373 K 1.2 atm
Cl(l)
17.6400 psi
Na2SO4(s) + 2 NH4Cl(l) 95 % terhadap ammonium sulfat
faithkeyes,1975
ton ammonium klorida / tahun
A+2B persamaan kecepatan reaksi :
C+2D Levenspiel, ed.3, 1999
( FAO
FA)
( rA )
( FA0 X A ) ( rA )
Levenspiel, ed.3, 1999
volume reaktor aliran mol umpan masuk aliran mol produk keluar kecepatan reaksi konversi
olume Reaktor
reaktor 100 oC ρ = A*B^(-(1-T/Tc)^n) massa (kg/jam) 4086.9444 3786.4564 564.7340 165.4702 13467.6515 22071.2565 19303.9520 L/jam
373 K g/mL xi 0.1852 0.1716 0.0256 0.0075 0.6102 1.0000
ρi (g/mL) 1.4051 1.8984 2.4402 2.1114 0.9558
Carl & Yaws, 1999 xi.ρi Fvo (L/jam) 0.2602 2908.5497 0.3257 1994.5909 0.0624 231.4331 0.0158 78.3699 0.5832 14091.0083 1.2473 19303.9520
5.3622 L/det
BM 132 58.5 142 53.5 18
1.2473 g/mL
77.8333 lbm/ft3
200 detik 0.0556 jam
(Ulrich)
0.0016 kgmol/jam 0.0034 kgmol/jam
1.6039 mol/jam 3.3530 mol/jam
1072.4418 L 1.0724 m3 37.8729 ft3 1286.930134 L 1.2869 m3 45.4475 ft3
78.5333 in
nsi Utama Reaktor bentuk atap dan dasarnya torispherical d i=dalam inchi
gan : H = D H D
Volume = dalam ft^3 Brownell, hal 43 tinggi reaktor diameter reaktor
Brownell pers. 5.11 halaman 88
head or = 1/4 π D^2 H + 2 * 0,000049 di^3
1/4) π D3 x 5,787037E-04 + 2 x 0,000049 D^3 82290.3336 43.4960 1.1048 3.6247 43.4960 1.1048 3.6247
d i=dalam inchi
Volume = dalam ft^3
in3 in m ft in m ft
airan dalam Reaktor 1072.4418 liter = d i=dalam inchi Volume = dalam ft^3 ft3
ead dasar ft3
37.87292321 ft3 Brownell pers. 5.11 halaman 88
ft m
Dinding Reaktor Brownell, 13.1,halaman 254, 1959
P . ri C E 0,6 P
tebal dinding reaktor in tekanan perancangan psi jari-jari dalam tangki in 1.8123 ft 21.7480 in atm psi lbf/ft2 lbf/ft2 atm psi
statik
psi tainless steel SA 203 grade B karena cairan dalam rekator bersifat korosif
ss ( f ) wance ( C ) gelasan ( E )
17500 psi 0.125 in 0.8
Tabel 13.1 Brownell, 1959 halaman 253 Tabel 13.2 Brownell, 1959 halaman 254
tebal dinding reaktor : 0.1552 0.3942 3/16 0.4763 0.0156
. rc .W 0 , 2. P
in cm in cm ft
C Brownell, 7.77,halaman 138, 1959 43.4960 in 43.8064 in 48.0000 in 3 48
Brownell, 7.76, halaman 138, 1959
1.7500 0.1832 in 0.4655 cm
Tabel 5.6 Brownell, 1959 halaman 88
3/16 0.1875 in 0.0048 m 0.0156 ft fig.5.8 Brownell halaman 87 OD
in in in in in
b
OA
A
icr sf
B
ID
Brownell, Tabel 5.8,halaman 93, 1959 2 in
a
t
r
in m ft a=ID/2 b=r-[ (BC)^2 - (AB)^2 ]^0,5 AB = ( ID/2 ) - icr BC = r - icr AC = [ (BC)^2 (AB)^2 ]^0,5 tinggi head = t + b + sf
in m ft
P . r i C X r c . W A O A C E 0 , 6 P r 0 , 2 . P A
OD
C
b
OA
A
i cr sf
B
ID a
r
t
Keterangan icr sf r OD b a
: : inside-corner radius : straight flange : radius of dish : outside diameter : depth of dish (inside) : inside radius
kgmol/jam 30.9617 64.7258 3.9770 3.0929 748.2029 850.9602
: inside-corner radius : straight flange : radius of dish : outside diameter : depth of dish (inside) : inside radius
Menghitung Dimensi dan Daya Pengaduk REAKTOR
1 Menghitung Dimensi Pengaduk Jenis pengaduk yang dipilih : dari data viskositas cairan dalam reaktor maka dari gb.8.4 Rase pertimbangan : a range viskositas pengaduk jenis ini sesuai dengan viskositas bahan di reaktor b baffle dapat memperbaiki transfer panas di dalam reaktor
Dari fig 477. Brown halaman 507 didapatkan : untuk pengaduk jenis turbin dengan 6 blade dengan 4 baffle ( 6 blade plate turbin ZL /Dt 2.7 - 3.9 Zi / Di 0.75 - 1.3 Dt / Di 3 L / Di 0.25 W / Dt 0.1 T/Di 0.2 dengan Di Diameter pengaduk Dt Diameter dalam reaktor Zi jarak pengaduk dari dasar reaktor ZL tinggi cairan dalam reaktor L panjang Blade W lebar Baffle T tinggi blade diketahui Dt 3.6247 ft Di = Dt/3 1.2082 ft Zi = 1.3 * Di 1.5707 ft L = 0.25 * Di 0.3021 ft T = 0.2*Di 0.2416 ft W = 0.1*Dt 0.3625 ft ZL 3.2812 ft
2 Menghitung Daya pengadukan (P) a Mencari kecepatan pengadukan untuk turbin dihitung dengan persamaan :
W E L H 3.14 Di N 2 Di 600 dengan
diketahui
WELH Di N
2
Water Equivalent Liquid Height, ft Diameter pengaduk, ft Kecepatan pengadukan, rpm WELH = ZL * (spesific gravity cairan) densitas campuran 1.2473 densitas air pada suhu 100oC 0.9558 specific gravity 1.3051
maka WELH WELH/2Di N
4.2822 1.7721 210.53194 12631.91654 3.5089 1.1814
number of turbine = WELH / D =
b Mencari bilangan Reynold
Re dengan :
N D2
rho N D miu
densitas campuran putaran pengadukan diameter impeller viskositas campuran
diketahui : N Di
3.5089 1.2082 14.4987 77.8333
rho
rps ft in lbm/ft3
Mencari viskositas campuran formula : log μ = A + B/T + CT + DT^2 Komponen Massa, Kg fr massa, xi log (visc) (NH4)2SO4 204.3472 0.0181 1.9202 NaCl 345.0634 0.0305 1.9487 Na2SO4 4741.4673 0.4197 -3.3818 NH4Cl 3312.7270 0.2932 1.6437 H2O 2693.5303 0.2384 -0.5542 Total 11297.1352 1.0000 μ campuran maka
17.1942 0.011554 lb/ft.det 34505.9767
Re
Dari fig 8.8 rase, diperoleh harga Np sebesar: besarnya daya yang dibutuhkan untuk pengadukan:
N Di P 3.52 x10 xNpx 62.43 60 12 3
3
dengan:
P = daya pengaduk, hp N = kecepatan pengaduk, rpm = ρ = densitas slurry, lb/ft3 = Di = diameter pengaduk, in = P= 2.6848 hp untuk perancangan motor pengaduk ditambah 10 % dan 0.5 hp P= 2.6848 hp + 0.2685 = 3.4533 hp = 2.5751
5
Dipilih power motor pengaduk
W E L H 3.14 Di N 2 Di 600
5.00
2
Re
N D2
N Di P 3.52 x10 xNpx 62.43 60 12 3
3
5
engaduk
eaktor maka dari gb.8.4 Rase dipilih turbin dengan flat blade
skositas bahan di reaktor Rase, halaman 341, 1977
4 baffle ( 6 blade plate turbine impeller with 4 baffle ) didapat persaman :
or
aktor
0.3683 0.4787 0.0921 0.0737 0.1105 1.0001
m m m m m m
Rase 8.8, hal 345, 1977
id Height, ft
an, rpm avity cairan) g/mL g/mL
ft ft rpm rphr rps Rase 8.9, hal 345 1977
visc 83.2081 88.8596 0.0004 44.0200 0.2791
xi*visc 1.5051E+00 2.7142E+00 1.7423E-04 1.2908E+01 6.6548E-02 17.1942
41.5944 lb/ft.hr
5.5
Power pengadukan dapat dicari de
P = ΦρN3Di5/gc 3
N Di 60 12
5
(Rase fig 8.8 hal 349) dengan :
210.53194 rpm 77.83332387 lb/ft3 14.4987 in dan 0.5 hp hp KW
+
0.3683 m (Rase fig 8.8 hal 349) 0.5 hp
P rho N Di gc
Nre dari gab.477 hal 507 Br maka power pengadukan : P
hp
untuk perancangan dipilih motor
3
N Di 60 12
5
gadukan dapat dicari dengan persamaan :
P = ΦρN3Di5/gc Brown pers.461, 1950 power, ft.lbf/det densitas cairan didalam reaktor, lbm/ft3 jumlah putaran pengaduk, rps diameter pengaduk, ft konstanta kecepatan gravitasi, lbm.ft/lbf.s2
34505.9767 dari gab.477 hal 507 Brown didapatkan nilai Φ = er pengadukan : 2150.97552 ft.lbf/det 3.9652 HP
8
ancangan dipilih motor dengan daya :
5 HP
PERANCANGAN JAKET
PEMANAS
REAKTOR 1 Kebutuhan steam pemanas Kondisi operasi isotermal nonadiabatis Kebutuhan pemanas berdasarkan jumlah panas yang diserap ( Qp ) Qp = 284785.4938 kJ / jam Qp = 284785.4938 kJ / jam = 269923.5055 T in = 100 oC = 373.00 t out = 100 oC = 373.00 untuk pemanas steam : t1 = suhu pemanas masuk = 180 C = t2 = suhu pemanas keluar = 180 C = trata-rata = 180 C = sifat steam : . = 2.7129 kJ/kg.K 0.6480 ρ = 0.0052 g/cm 3 5.1588 μ = 0.1519 0.000151900 k = 0.0211 BTU/hr.ft.F 0.03645 Massa pemanas yang dibutuhkan : M =
m = Q / ∆H = = = =
Volume Pemanas yang diperlukan
=
2 Menentukan Lebar Jaket TRIAL lebar jaket = Diamter jkt=Dt+ 2*lbr =
141.4591 0.0393 0.0076 27.4209
kg/jam kg/s m3/s m3/jam 27.42093 m3 / jam = = 0.00762 m3/s = 0.26899 ft3/s
7 in = 5.166654813 ft =
0.177800356 61.99985776
Koefisien transfer panas steam dalam jaket ke dinding reaktor ( ho ) ho = jh. k. [μ. ]1/3 . [ μ ]0.14 ( Kern, pers 6.15b,halaman 112 ) D [ k ]1/3 [ μw ]0.14 Keterangan : O k=konduktivitas termal steam = 0.02106 Btu/hr.ft. F ρ=densitas steam pada = 0.32184 lb/ft3 μ=viskositas steam pada = 0.15190 = 0.36748 O =kapasitas panas steam = 0.64797 Btu/lb. F A = luas penampang aliran = 8.39504 ft2 G = 37.14878 lb/ft2.jam De =diameter equivalen=(Dj^2 -Dt^2)/Dt = 2.67358 ft Re = De.G μ Re^(2/3) jh =
=
270.2765 41.8028 175
270.2765
[ μ. ]1/3 [ k ]1/3 [ μ ]0.14 [ μw ]0.14 ho
=
2.2444
=
1
=
( Kern hal 719 )
2 3.09401 Btu/j ft . F
Koefisien transfer panas fluida dalam reaktor ke dinding reaktor ( hi ) k. [μ. ]1/3 . [ μ ]0.14 D [ k ]1/3 [ μw ]0.14 Di=diameter reaktor = 4.00000 k=konduktivitas termal= 31.85610 μ=viskositas slurry = 41.59439 =kapasitas panas = 0.37464 N = rotasi pengaduk = 12631.91654 (L2.N.ρ) = 208271.29007 μ^2/3 ( μ . ) 1/3 = 0.78793 k 1/3 [ μ ]0.14 = 1.93883 [ μw ]0.14 hi = 13382.92578 hio = hi x ID = 12127.16927 OD hi = jh.
Re =
( Kern, pers 6.15b,halaman 112 ) ft BTU/jam.ft2. F lb/ft jam BTU/lbm.F rph
2.14E+01 kkal/jam.m2.C ρ= densitas slurry 77.83332 = L= diameter impeller2.96835 = Jh
=
1100
Btu/j ft2. F Btu/j ft2. F
Koefisien Transfer Panas Overall / clean ( Uc ) Uc = ho x hio = 55.67800 BTU/ft2.jam.F ho + hio RD yang diijinkan = 0.001 ( Kern table 12 hal 845 ) 1 = 1 + RD UD
UC Ud =
52.74146 BTU/ft2.jam.F
Menghitung luas perpindahan panas ( A ) Menghitung ΔTLMTD ( Log Mean Temperature Diferensial )
(counter current)
ΔTLMTD = ( Tin - t2 ) - ( Tout - t1 ) Ln {( Tin - t2 )/ ( Tout - t1 )]
=
O 80 C
luas perpindahan panas yang dibutuhkan : A = Q Ud * ∆TLMTD A = 145.3938 ft2 = 13.5079 m2 Luas transfer panas yang tersedia
At Dt H At
=
1 Dt 2 4 12.5600 ft2
=
176
O
F
karena luas perpan yang dibutuhkan < luas transfer perpan yang tersedia, maka tidak boleh digunakan jake
Menghitung Tinggi Jaket (Hj ) A = π. Dt . Hj + ¼ . π. Dt2 145.39381
=
Hj tinggi slurry di reaktor = tinggi jaket =
=
12.56000
Hj +
12.56000
=
3.22359
10.57594 ft 1.0001 m 3.2236 m
tebal jaket tj
P .ri f .E 0 .6 P
( Brownell pers 13.1 hal 254 )
dengan:
tj = tebal jaket ri = jari-jari jaket = untuk bahan jaket dipilih carbon steel SA 212 grade B dengan: P = E = f = C = tj = 0.0391 in dipakai tebal standar = 3/16 in 0.0048 = m 0.0156 = ft
30.9999 in 1.2000 atm 0.8 17500 Psia 0.125
=
17.6400
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total
(perhitungan Neraca Panas) Btu / jam K = 212.00 F K = 212.00 F 453 K 453 K 453 K BTU/lbm.F kg/m3 = kg/m.s = W/m.K
= = =
356.00 F 356.00 F 356.00 F
0.3218 lbm/ft3 0.3674 lbm/ft.hr
campuran
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total
0.00010 lbm/ft.s
DARI DESIGN REAKTOR Din 3.6247 ft Dout 4 ft
k campuran =
658.1024 m3/hari
m = in
0.583327 ft
rn, pers 6.15b,halaman 112 )
1 lb lbm/ft.hr
= 0.45359 kg
0.0079
Massa, Kg 4086.9444 3786.4564 564.7340 165.4702 13467.6515 22071.2565 () =
Massa, Kg 4086.9444 3786.4564 564.7340 165.4702 13467.6515 22071.2565
pers 6.15b,halaman 112 )
nter current)
0.55111 W/m.K lb/ft3 ft μ=viskositas 0.017195 slurry =
aka tidak boleh digunakan jaket
m
= 126.91257 in
psia (over design 20 %)
1 btu/lbm.F = xi 0.1852 0.1716 0.0256 0.0075 0.6102 1.0000 1.5686
, kJ / kmol K , kJ / kg K 70.4969 2.3499 105.6138 3.3004 144.6764 8.0376 74.8570 4.4034 75.3823 0.5384
kJ/kg K
xi 0.1852 0.1716 0.0256 0.0075 0.6102 1.0000 0.4284 W / m K
xi* 0.4351 0.5662 0.2057 0.0330 0.3286 1.5686
0.3746 btu/lbm.F
k 0.0000 0.0000 0.6738 0.0000 0.6738
k*xi 0.0000 0.0000 0.0172 0.0000 0.4112 0.4284 0.7413 btu/hr.ft.F
4.1868 kJ/kg.K 4.1868
PERANCANGAN COIL PEMANAS REAKTOR Pertimbangan: 1. Lebih ekonomis 2. Luas transfer panasnya lebih besar Pemanas yang digunakan adalah steam Hot fluid (C) 180 Higher Temp. 180 Lower Temp.
Cold fluid (C) 100 100
Difference 80 80
Hot fluid (F) 180 180
Cold fluid (F) 100 100
Difference 80 80
Higher Temp. Lower Temp.
ΔTLMTD= (ΔT2 - ΔT1)/(Ln(ΔT2/ΔT1)) = 80.0000 C = 176.0000 F q= = = A
1 kkal = 1 BTU =
284785.4938 68019.8466 269920.0262
kJ/jam kkal/jam BTU/jam
--> Panas yang harus diBERIKAN
Perancangan Coil 1 Kebutuhan steam pemanas Kebutuhan pemanas berdasarkan jumlah panas yang dibutuhkan ( Qp ) Qp = 284785.4938 kJ / jam (perhitungan Neraca Panas) Qp = 269920.0262 Btu / jam T = 100 C = 373.15 K = Untuk pemanas, dipakai steam yang masuk pada suhu 180 C dan keluar pada suhu 120 C (kondensat) o T1 = 180 C = 453.15 K = T2 = Trata-rata = Sifat fisis steam,pada trata-rata : = 48.8322 kJ/kmol.K ρ μ
= =
0.0052 kg/L = 0.1519 =
k = 0.03645 W/m.K = Massa pemanas yang dibutuhkan : M = Qp .(t2-t1) = 141.45912 kg/jam = 0.0393 kg/s = Volume pemanas yang dibutuhkan = = =
o 180 C o 180 C
=
= =
453.15 K 453.15 K
= =
2.7129 kJ/kg.K = 1 btu/lbm.F= 4.1868 5.5188 kg/m3 = 0.3445 0.0001519 kg/m.s = 0.3678 = 0.0001 0.02106 Btu/hr.ft.F
0.0866 lbm/s 25.6322 m3/jam 0.0071 m3/s 0.2514 ft3/s
1 ft3 =
2 Pipa coil pemanas Spesifikasi pipa koil : di industri 0.5 - 2 in Ukuran nominal pipa = IPS = Diameter luar = OD = Schedule Number = SN = Diameter dalam = ID = Flow area tiap pipa = ao = Surface area per lin ft= Ao = Susunan koil : helix Diameter helix (DH) = dipilih DH = IDr = DH = Jarak antar lilitan( X ) = dipilih X = X =
0.6 - 0.8 0.6 1.1048 0.6629 1-2 2 0.0427
(Perry, section 18, page) 4/8 0.84 40 0.622 0.304 0.22
Idr IDr m m OD OD m
=
in in
=
0.021336
in = in2 = ft2/ft =
0.0158 0.0021 0.0660
2.1748 ft
3 Koefisien transfer panas dalam koil (data pendingin)
hi.ID ID 0, 027.Re0,8 .Pr 3 . 1 3,5 k DH 1
dengan hi = ID = k= DH = Re =
koefisien transfer panas konveksi dalam koil (Btu/hr.ft2.F) diameter dalam koil (ft) = 0.0518 konduktivitas panas pemanas = 0.0211 diameter helix (ft) = 2.1748 Gt.ID = 2997855.6212 μ 2 Gt = Mair/ao = 721256.8073 kg/m .jam = 21272048 .μ k
Pr = bilangan Prandtl = hi = =
=
2 4052.254426 Btu/hr.ft .F 2 23008.70063 J/s.m .C =
ft Btu/hr.ft.F ft = Re^0,8 = lbm/ft2.jam
11.3160
Pr^1/3 =
2 5.4968 kKal/s.m .C
4 Koefisien transfer panas pada bagian dalam koil hio = hi.(ID/OD) 2 = 3000.59792 Btu/hr.ft .F = 17037.39499 J/s.m2.C =
ID = OD = 2 4.0702 kKal/s.m .C
5 Koefisien konveksi di luar koil (data fluida)
L2 N ho.Di 0.87 k
2/3
c k
1/ 3
w
0.14
Untuk pemanas koil digunakan persamaan : (data cairan dalam reaktor) dengan ho = koefisien konveksi di luar koil = k = konduktivitas panas cairan = Di = diameter impeler = L = Panjang blade = ρ = densitas cairan = N = kecepatan putar impeler =
( pers.20.4, hal 722, Kern, 1950
952.9563 1.5992 1.2082 0.3021 1.2473 3.5089
[
c= panas jenis cairan μ= viskositas slurry = 1.9386
]^ 0 . 14 w
6 Clean overall coefficient heat transfer hio . ho Uc = hio + ho 2 3000.59792 Btu/hr.ft .F = 2 3000.59792 Btu/hr.ft .F = = =
= =
1.9245 41.5944
x +
952.9563 952.9562711
723.2577 Btu/hr.ft2.F 2 4106.657356 J/s.m .C 2 0.9811 kKal/s.m .C
7 Dirt overall coefficient heat transfer (Ud) 1/Ud= (1/Uc)+Rd Rd = 1/Ud= Ud= = =
0.001 0.0024 419.7037 2383.0779 0.5693
dengan:
ft2.hr.F/btu Btu/hr.ft2.F J/s.m2.C kKal/s.m2.C koefisien transfer panas overall saat kotor (kKal/s.m 2.C) koefisien transfer panas overall saat bersih (kKal/s.m 2.C) dirt factor/ fouling factor (m 2.s.C/kKal)
Ud = Uc = Rd =
8 Luas kontak perpindahan panas At =
Q Ud.∆TLMTD
Q= =
18.8944 2 0.5693 kKal/sm C x 2 0.4148 m 4.4654 ft2
= =
kKal / s 80.0000 C
9 jumlah koil Surface area per lin ft = A0 = Kell helix 3.14*(DH^2+X^2)^1/2 0.6927 Panjang koil (Lt) = At/Ao = 6.2856 m Nt = Lt/kell helix = 9.0736
Vol coil 1 lilitan
2 0.22 ft /ft =
=
10
3.14 / 4 x (ODcoil)2 x Lc
=
= (3.14/4) = Vol coil 10 lilitan
284785.494 18.89440
=
x
0.021336 3
0.0022 m 0.0225 m3
Menghitung tinggi cairan dalam tangki (Z)
2
x
6.2856
V total = Vcairan + V coil Volume cairan = Volume total = Vulme bottom head = ID reaktor = volume cairan dalam shell
tinggi cairan dalam shell
tinggi reaktor % tinggi cairan tinggi coil
= = =
37.8729 1.0949 4.0322 1.1048 =
ft3 m3 ft3 m
=
1.0724 m3
=
0.1142 m3
=
volume cairan - volume head dasar 3 0.9583 m
= = = = =
Vol cairan dalam shell (π/4)*D^2 0.9583 3,14/4 x 1.1048 ^2 0.9996 m 1.5762 m 63.4198%
=
Nt x (X + ODkoil) 10 putaran 0.6401 m
x
0.0640
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total campuran
Massa, Kg
xi
4086.9444
0.1852
3786.4564 564.7340 165.4702 13467.6515 22071.2565
0.1716 0.0256 0.0075 0.6102 1.0000
() =
8.0575
(ΔT2) (ΔT1)
(ΔT2) (ΔT1) 4.1868 kJ 0.252 kkal
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total k campuran =
g harus diBERIKAN
erhitungan Neraca Panas) 212 F
hu 120 C (kondensat) 356 F 356 F 356 F 0.64797 Btu/lbm.F kJ/kg.K lbm/ft3 lbm/ft.hr lbm/ft.s
0.028317 m3
Massa, Kg 4086.9444 3786.4564 564.7340 165.4702 13467.6515 22071.2565
xi 0.1852 0.1716 0.0256 0.0075 0.6102 1.0000 1.5992
erry, section 18, page) m m ft2 = 2 m /m
0.000196 m2
(Rase, 1977 , hal 361) 1 ft =
(Perry)
(Kern, 1983, hal 103) (Kern, 1983, hal 721)
0.6629 m 151861.8095
2.2451
0.0518 ft 0.0700 ft
( pers.20.4, hal 722, Kern, 1950)
(Btu/h.ft2.F) W/m.K = ft ft kg/L = rps =
0.92403 Btu/hr.ft.F
1.2473 g/cm3 = 12631.92 rphr
77.86825 lbm/ft3
0.3048 m
Btu/lbm.F lb/ft jam
Btu/hr.ft2.F Btu/hr.ft2.F
( kern 6.10) (kern. Table 8 )
saat kotor (kKal/s.m 2.C) saat bersih (kKal/s.m 2.C)
kJ/jam kkal/s
1 kkal =
2 0.0660 m /m
4.1868 kJ
1 btu/lbm.F = , kJ / kmol K , kJ / kg K
xi*
70.4969
0.5341
0.0989
105.6138 144.6764 74.8570 224.5568
1.8054 1.0188 1.3992 12.4754
0.3097 0.0261 0.0105 7.6123 8.0575
kJ/kg K
1.9245 btu/lbm.F
k 0.2727 6.6310 0.0000 0.0000 0.6738
W/mK
4.1868 kJ/kg.K
k*xi 0.0505 1.1376 0.0000 0.0000 0.4112 1.5992 0.92403 btu/hr.ft.F
4.1868
……………………….FIX mpe di sini!!!!!!
F
PERANCANGAN PIPA INLET DAN OULET REAKTOR
Menghitung dimensi pipa pemasukan reaktan pengeluaran produk dan pipa untuk menjaga suhu Diameter pipa optimum = 3.9 * Q^0.45 * rho^0.13 1 Pipa pemasukan reaktan a umpan (NH4)2SO4 cair mengandung ammonium sulfat dan air kec.massa F 7700.9781 kg/j Komponen massa (kg/jam) (NH4)2SO4 3893.0100 rho 1.1829 g/mL H2O 3807.9681 1182.9366 kg/m3 73.8487 lb/ft3 Total 7700.9781 Q 6.5101 m3/j 229.9003 ft3/j 0.0639 ft3/det Di opt 1.9784 in Appendix K, Brownell dipilih pipa dengan diameter dalam ID 2.067 inci dipilih pipa dengan diameter luar OD 2.375 inci nominal pipe size 2 nomer schedule 40 b umpan NaCl mengandung air kec.massa F 12741.1055 kg/j rho
Q
Di opt
1.2238 1223.8068 76.4002 10.4110 367.6625 0.1021 2.4546
g/mL kg/m3 lb/ft3 m3/j ft3/j ft3/det in
Komponen massa (kg/jam) NaCl 3623.1536 H2O 9117.9519 Total 12741.1055
Appendix K, Brownell dipilih pipa dengan diameter dalam ID dipilih pipa dengan diameter luar OD nominal pipe size nomer schedule
2 Pipa pengeluaran produk reaktor kec.massa F rho
Q
Di opt
2.635 2.875 2 1/2 40
11297.1352 kg/j 1.9546 1954.5660 122.0202 5.7799 204.1141 0.0567 2.0017
g/mL kg/m3 lb/ft3 m3/j ft3/j ft3/det in
inci inci
Komponen massa (kg/jam) (NH4)2SO4 204.3472 NaCl 345.0634 Na2SO4 4741.4673 NH4Cl 3312.7270 H2O 2693.5303 Total 11297.1352
Appendix K, Brownell dipilih pipa dengan diameter dalam ID dipilih pipa dengan diameter luar OD nominal pipe size nomer schedule
2.334 2.875 2 1/2 80
inci inci
3 Pipa pemasukan steam pemanas kec.massa F rho
Q
Di opt
141.4591 kg/j 0.0052 5.2000 0.3246 27.2037 960.6888 0.2669 1.8594
dipilih pipa dengan diameter dalam ID dipilih pipa dengan diameter luar OD nominal pipe size nomer schedule
g/mL kg/m3 lb/ft3 m3/j ft3/j ft3/det in 1.93 2.375 2 80
Appendix K, Brownell inci inci
N OULET REAKTOR
an pipa untuk menjaga suhu Wallas, 1988 hal 100
xi ρi (g/mL) 0.5055 1.4051 0.4945 0.9558
xi.ρi 0.7103 0.4726
1.0000
1.1829
Appendix K, Brownell
xi ρi (g/mL) 0.2844 1.8984 0.7156 0.9558 1.0000
xi.ρi 0.5398 0.6840 1.2238
Appendix K, Brownell
xi ρi (g/mL) 0.0181 1.4051 0.0305 1.8984 0.4197 2.4402 0.2932 2.1114 0.2384 0.9558 1.0000
xi.ρi 0.0254 0.0580 1.0241 0.6191 0.2279 1.9546
4. Sistem pengeluaran air kec. massa F rho
Q
Di opt.
10774.1212 0.9558 955.7621 59.66659 11.2728 398.0954 0.1105821 2.4636
Appendix K, Brownell dipilih pipa dengan diameter dalam ID dipilih pipa dengan diameter luar OD nominal pipe size nomer schedule
ppendix K, Brownell
kg/j g/ml kg/m3 lb/ft3 m3/j ft3/j ft3/s in
n diameter dalam ID n diameter luar OD
Komponen massa(kg/jam) H2O 10774.1212 Total 10774.1212
2.635 2.875 2 1/2 40
xi ρi (g/mL) 1.0000 0.9558 1.0000
Appendix K, Brownell inci inci
xi.ρi 0.9558 0.9558
F. ISOLASI REAKTOR Isolator yang digunakan adalah jenis asbestos ( range suhu 100 - 700 oF ) dengan data-data sebagai berikut : e = 0.9400 kisolasi ρ Penentuan isolasi dilakukan dengan cara trial
= =
0.0966 36
Btu/(j.ft2/F) lb/ft3
R1 R2 R3
Ta
T1 T2 T3
R1 R2 R3
= = =
Jari-jari dalam reaktor Jari-jari luar reaktor Jari-jari reaktor setelah diisolasi
T1
=
Suhu dinding dalam reaktor
T2
=
Suhu dinding luar reaktor
T3
=
Suhu isolator bagian luar
Ta
=
Suhu udara luar
k1
=
Konduktivitas panas dinding reaktor
k2 L
= =
Konduktivitas panas isolator Panjang reaktor
Tebal isolasi ( ∆x )
=
0.19096
Menghitung panas konveksi dengan adanya isolasi ( Qc ) Suhu film ( Tf )
T3 + Ta 2 40
= = = =
+ 2 37.5 oC K
310.65
Sifat-sifat fisis udara pada Tf
β
ρ
=
1.1774 kg/m3
=
1.0057 kJ/kg.oC
k μ
= =
0.02624 W/m.oC 8.462E-06 kg/m.s
1 Tf
=
Δt
Tf - T3 37.5
= = = Bilangan Grasshof Gr
1 37.5
= o
2.5 =
=
g
0.0267
40
C x
β
(T3 - Ta)
x μ
2
9,8
=
x
=
0.0267
7.145E+10
Bilangan Prandtl Pr
. μ k
=
1.0057
= = Pers 7-26, Holman hal 303 Bilangan Rayleigh Raf = = = Pers, 7-25 Holman hal 302 = Nu
hc
8.462E-06
Gr . Pr 7.1454E+10 2.3174E+07 C
x
C Nu
x
0.0262 0.000324323
= = =
0.333333333
Ra 0.59
= 0.59 168.2106
= =
x
Hol
x
Nu
2.3174E+07
.
k
L 168.2106
.
0.0262
1.5762 = Panas konveksi yang diserap isolasi : D = = = A
= =
2 .( R2 2 .( 1.601115
Qr
3.14
0.6096
+
m
.
hc . A . ( T3 - Ta ) 2.8004 110.9531 110.9531
=
ε.σ
.
= =
m
. W J/s A
0.9400 253.1986 = = =
qc
1.60112 2
7.9242
= = = =
Q loss
Δx
+
π.D.L
= Qc
W/m2.oC
2.8004
7.92419 =
. .
( 5.67E-08
W +
qr 110.9531 364.1517
Q masuk = Q konduksi = Q loss Qk
=
2
. ln
π R2 R1 k1
.
L +
2
=
.
3.14 0.6096 0.5524
ln =
.
100 W
364.1517
Beda Qk =
0.00000
T2
=
99.8997
Menentukan % panas yang dapat dicegah o C =
T2
=
99.9638
o
Suhu film ( Tf )
C
=
T2 + T4
=
2 99.8997
= = =
67.44987 340.59987
=
153.40977
Sifat-sifat fisis udara pada Tf
β
=
Δt
= = =
L
=
ρ
=
1.1391878
=
1.0064029
k μ
= =
0.02704727 1.10793E-05
1 = Tf T2 - Tf 99.89974749 32.4498737
1 67.450 o
=
0.014825825
67.44987375
C
Tinggi reaktor
=
Bilangan Grasshof Gr
g
=
β
.
μ 9.8000
= =
(T2 - Tf)
.
.
2
0.014825825
1.504E+11
Bilangan Prandtl Pr
. μ k 1.0064029
= = =
Bilangan Rayleigh Raf
. 0.02704727
0.00041
= = =
Gr . Pr 1.504E+11 6.20E+07
1.10793
Pers, 7-25 Holman hal 302 = Nu
Nu hc
C C
. = 0.10
= =
0.333333333
Ra 0.1
Hol
.
6.2001E+07
39.5792
= = =
Nu
.
k
L 39.5792
.
0.0270
.
W/m2.oC 1.5762
1.5762 = =
3.14
= qc
qr
. 5.4678
= = =
hc . A . (T2 - Ta) 39.5792
=
ε.σ.A
= =
0.6792 1.104799132 2
m
. 14012.65121
5.4678 W (
0.9400
. 3006.78506
Q loss tanpa isolasi
T2 5.669E-08 W
4
.
= = =
Persen panas yang dapat dicegah adalah % panas yang dapat dicegah
= = =
Tabel 4.1 Kern hal 72 =
W/m. C
0.16719
= = =
21.7480144 24.0000 0.8006
=
100
=
40
=
m
o
in in m
35
= =
0.552399566 0.6096
o
C
=
373.15
K
o
C
=
313.15
K
o
C
=
308.15
K
o
=
100
W/m. C
= =
0.1672 1.5762
W/m.oC m
=
Tabel 2 Kern hal 795 Tabel 2 Kern hal 795
7.5180
in
35
( Appendix 5 JP Holman )
0.0267
koefisien muai volume, Holman hal 297
1/F
pers 7-30 Holman, hal 304 (T3 - Ta)
x
L
3
0.0267
x
( 120 - 35)
x
3
1.5762
2
8.4620E-06
pers 5-39 Holman, hal 213
8.462E-06
3.2432E-04
Holman, hal 304 0.3333
2.3174E+07
0.0262
) 0.190957548 )
1.60112
.
1.5762
Holman, hal 32 7.92419
.(
399.4311443 4
Ta
313.15
308.15
)
kj/jam -
.
-
4
T3
.
7.924188053
+ W
) (
308.15
4
-
253.1986
= .(
T1 ln
R3 R2 k2
364.1517 T3
)
W Holman, pers 2-9 hal 30
1.5762
.(
373.15
0.8006 0.6096 0.1672
ln
→
313.15
)
OK
nas yang dapat dicegah 372.900
K
372.964
K
99.8997
+
35
2 67.44987 oC 340.59987 K 153.40977
o
F ( Appendix 5 JP Holman )
3
kg/m
kJ/kg.oC W/m.oC kg/m.s 1/oC
0.014825825
0.014825825
1.5762
m pers 7-30 Holman, hal 304
(T2 - Tf)
. .
L
3
32.4498737 2
1.1079E-05
1.10793E-05
.
.
0.000412252
1.5762
3
Holman, hal 304 0.333333333
6.2001E+07
0.0270
1.5762
(
-
372.8997475
Ta
4
5.4678
qc
+
(
qr 14012.65121 17019.43627
17019.43627 97.8604
-
308.15
)
) 372.8997475
4
-
+
Qloss tanpa isolasi - Qloss isolasi Qloss tanpa isolasi 364.1517 17019.4363 %
308.15
3006.78506
. .
100
%
m m 212 F 104 F
40
95 F
T
310.65 K
Holman, hal 32
313.15
hal 30
4
)
T
340.59987 K
4
)
100
%
Perhitungan Neraca Massa di Reaktor REAKTOR 1 A 1 2 3 4 5
NERACA MASSA Basis perhitungan Kapasitas pabrik Operasi pabrik selama setahun Produksi Ammonium Chloride Umpan reaktor :
1 jam operasi 25000 kg/tahun 330 hari 3156.5657 kg/jam
Komponen
BM
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
132.0000 58.5000 142.0000 53.5000 18.0000
arus 3 kmol/jam 29.4925 0.0000 0.0000 0.0000 211.5538 241.0463
Total konversi 6 Reaksi yang terjadi di dalam reaktor : (NH4)2SO4 + mula2 30.9617 reaksi 29.4136 sisa 1.5481
220 0.9500 2NaCl
Na2SO4 64.7258 58.8272 5.8985
7 Komposisi produk :
output Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total
B
BM 132.0000 58.5000 142.0000 53.5000 18.0000
arus 8 kmol/jam 1.5481 5.8985 33.3906 61.9201 149.6406
kg/jam 204.3472 345.0634 4741.4673 3312.7270 2693.5303 22071.2565
NERACA PANAS 1 Tujuannya: 1 Menghitung panas yang masuk dan keluar reaktor 2 Menghitung kebutuhan air pendingin untuk menjaga suhu reaktor tetap 2 Blok diagram neraca panas di reaktor
+
H2
H1 REAKTOR
Qr dengan
Qc
H1 H2 Qr Qp
Entalpi total reaktan masuk reaktor Entalpi total produk keluar reaktor Panas reaksi standar pada 298 K (-∆Hr) Panas yang harus diberikan untuk menjaga suhu reaktor konstan
3 Menghitung banyaknya panas yang harus didiberikan (Qp) Persamaan neraca panas di sekitar reaktor : Qp = H1 + Qr - H2 Dalam perhitungan digunakan suhu referensi = 25oC = 298 K a Menghitung entalpi reaktan masuk reaktor (H1) suhu umpan = 100 oC = 373 K persamaan : = A + BT + CT2 + DT3 Komponen masuk reaktor dari neraca massa : komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total panas masuk reaktor =
kj / kmol K
dT n dT 4960.2399 153577.4604 7853.7745 508341.4462 10402.8024 41371.9451 5251.6463 16242.8170 5634.4373 4215702.0994 4935235.7681 4935235.7681 kJ/jam
n (kmol/jam) 30.9617 64.7258 3.9770 3.09290 748.2029
b Menghitung entalpi produk keluar reaktor (H2) suhu keluar reaktor : 100 oC 373 Komponen keluar reaktor dari neraca massa : dT n dT komponen n (kmol/jam) (NH4)2SO4 1.5481 4960.2399 7678.8730 NaCl 5.8985 7853.7745 46325.6461 Na2SO4 33.3906 10402.8024 347355.9693 NH4Cl 61.9201 5251.6463 325182.6244 H2O 149.6406 5634.4373 843140.4199 Total 1569683.5327 Total panas keluar reaktor =
1569683.5327 kJ/jam
Menghitung panas yang dibawa uap Panas sensibel Tref =
komponen H2O
A 9.21E+01
Panas laten
komponen A H2O
52.053
298
B -4.00E-02
C -2.11E-04
D 5.35E-07
Hvap = A(1-T/Tc)^n Tc n 647.13 0.321
V, kmol 598.5623
Total panas penguapan = =
panas laten+panas sensibel 3557048.8743 kJ/jam
c Menghitung panas reaksi standar pada suhu 298 K data panas pembentukan standar : ∆Hr 298 = ∆Hf produk - ∆Hf reaktan ∆Hr 298 = (n Na2SO4 * ∆Hf Na2SO4 + n NH4Cl*∆Hf NH4Cl) - (n (NH4)2SO4* ∆Hf (NH4)2SO4 + n NaCl* komponen n (kmol/jam) ∆Hf, kcal/mol ∆Hf, kcal/jam (NH4)2SO4 29.4136 -279.33 -8216105.0780 NaCl 58.8272 -97.324 -5725301.3325 Na2SO4 29.4136 -330.82 -9730612.1143 NH4Cl 58.8272 -71.20 -4188498.7760 ∆Hr ∆Hr Keterangan Panas yang dibawa umpan Panas yang dibawa produk Panas penguapan Panas reaksi Panas yang dibutuhkan
22295.5202 kcal/jam 93288.8549 kJ/jam Input (kJ/jam) Output (kJ/jam) 4935235.7681 1569683.5327 3557048.8743 93288.8549 284785.4938 5220021.2619 5220021.2619
4 Mencari banyaknya steam yang dibutuhkan Q = m ∆H steam yang digunakan: T 180 P 198.54 H sat liquid 763.1 H sat vapour 2776.30 ∆H = 2013.2000 m = Q / ∆H steam yang dibutuhkan: 141.4591
oC kPa kJ/kg kJ/kg kJ/kg kg
SVA App.F HAL 690
ungan Neraca Massa di Reaktor
input arus 6
arus 3 kg/jam 3893.0100 0.0000 0.0000 0.0000 3807.9681 7700.9781
Na2SO4
kmol/jam 0.0000 61.9343 0.0000 0.0000 506.5529
kg/jam 0.0000 3623.1536 0.0000 0.0000 9117.9519
568.4871 12741.1055 22071.2565
+
arus 7 kmol/jam kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 598.5623 10774.1212 22071.2565
u reaktor tetap
41.4268
kg/jam 193.9344 163.3028 564.7340 165.4702 541.7316 1629.1729
2NH4Cl 3.9770 29.4136 33.3906
output
arus 18 kmol/jam 1.4692 2.7915 3.9770 3.0929 30.0962
3.0929 58.8272 61.9201
uk menjaga suhu reaktor konstan
Coulson, vol 6, 1989
Carl & Yaws, 1999
K
T=
E
dHvap 39.5095
100
V, kmol 598.5623
Q 23648.8972
373 K
Q 5903.1450 3533399.9771
4Cl) - (n (NH4)2SO4* ∆Hf (NH4)2SO4 + n NaCl*∆Hf NaCl)
-3272263.3805
SVA App.F HAL 690
Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
Arus Recycle
132 58.5 142 53.5 18
a = NH4Cl b = (NH4)2SO4 c = NaCl d = Na2SO4 e = H2O
3.0929 1.4692 2.7915 3.977 30.0962
S-01 (NH4)2SO4 1
12
2
9 M-01 3
RVF-01
7
10
RD-01
11
R-01 8
13 15
6
M-02 5
EV-01
17 14
CR-01
4 S-02 NaCl 18
ARUS 1 Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
ARUS 4 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 29.4925 0.0000 0.0000 0.0000 2.1846
kg/jam 3893.0100 0.0000 0.0000 0.0000 39.3233
ARUS 2 Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
ARUS 5 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 209.3692
kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 3768.6447
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
16
20 19
CF-01
RD-02
ARUS 3 Komponen
ARUS 6 Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
kgmol/jam
132 58.5 142 53.5 18
kg/jam
29.4925 0.0000 0.0000 0.0000 211.5538
3893.0100 0.0000 0.0000 0.0000 3807.9681
ARUS 18 (RECYCLE) Komponen
Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl(aq) H2O
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
KOMPOSISI MASUK REAKTOR (R-0
kgmol/jam
132 58.5 142 53.5 18
Komponen
kg/jam
1.4692 2.7915 3.9770 3.0929 30.0962
193.9344 163.3028 564.7340 165.4702 541.7316
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
REAKSI : (NH4)2SO4 mula-mula: reaksi: sisa:
+
2NaCl
30.9617 29.4136 1.5481
64.7258 58.8272 5.8985
ARUS 7 Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
3.9770 29.4136 33.3906
ARUS 8 Berat Molekul
kgmol/jam
132 58.5 142 53.5 18
kg/jam
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 598.5623
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 10774.1212
ARUS 9 Komponen
Na2SO4
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
ARUS 10 Berat Molekul
kgmol/jam
132 58.5 142 53.5 18
kg/jam
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 26.3415
Na2SO4 yang larut pada arus 13 = =
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 474.1467 614.5293 kg/jam 4.3277 kgmol/jam
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
ARUS 12 Komponen
ARUS 11
Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam
kg/jam
0.0014 0.0053 0.0000 0.0001 0.1584
Komponen 0.1839 0.3106 0.0000 0.0033 2.8509
ARUS 13 Komponen
ARUS 14
Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 1.5465 5.8926 4.3277 61.8582 175.8061
kg/jam 204.1429 344.7184 614.5293 3309.4142 3164.5094
ARUS 15 Komponen
132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 158.2255
kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 2848.0584
ARUS 17 Komponen
132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 17.4664
kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 314.3944
ARUS 20 Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl(s) H2O NH4Cl(aq)
ARUS 19
Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
Komponen
ARUS 16
Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
ARUS 21
Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0742 2.9771 0.3366 0.0000 4.7527
kg/jam 9.8001 174.1590 47.8035 0.0000 85.5492
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
CEK NERACA MASSA TOTAL Input Arus 2 Komponen
Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
132 58.5 142 53.5 18 TOTAL
kgmol/jam
kg/jam
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 209.3692 3768.6447 853.3413 kgmol/jam 21230.6247 kg/jam
Arus 1 kgmol/jam
kg/jam
29.4925 0.0000 0.0000 0.0000 2.1846
3893.0100 0.0000 0.0000 0.0000 39.3233
OUTPUT Arus 7 Komponen
Berat Molekul
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
132 58.5 142 53.5 18
TOTAL
kgmol/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 598.5623
kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 10774.1212
853.3413 kgmol/jam 21230.6247 kg/jam
Arus 11 kgmol/jam 0.0002 0.0006 29.0629 0.0619 0.0176 29.1431
kg/jam 0.0204 0.0345 4126.9380 3.3094 0.3168 4130.6191
12
RD-01
11
5
17 14
CR-01
20 21
19
16
RD-02
CF-01
ARUS 4 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0000 61.9343 0.0000 0.0000 0.8084
kg/jam 0.0000 3623.1536 0.0000 0.0000 14.5508
ARUS 5 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 505.7445
kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 9103.4011
ARUS 6 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0000 61.9343 0.0000 0.0000 506.5529
kg/jam 0.0000 3623.1536 0.0000 0.0000 9117.9519
KOMPOSISI MASUK REAKTOR (R-01) Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
+
kgmol/jam 30.9617 64.7258 3.9770 3.0929 748.2029
kg/jam 4086.9444 3786.4564 564.7340 165.4702 13467.6515
2NH4Cl 3.0929 58.8272 61.9201
ARUS 8 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 1.5481 5.8985 33.3906 61.9201 149.6406
kg/jam 204.3472 345.0634 4741.4673 3312.7270 2693.5303
ARUS 10 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0015 0.0059 29.0629 0.0619 0.1760
kg/jam 0.2043 0.3451 4126.9380 3.3127 3.1677 4133.9678
0.9982995
ARUS 11 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0002 0.0006 29.0629 0.0619 0.0176
kg/jam 0.0204 0.0345 4126.9380 0.99910882 3.3094 0.3168 4130.6191
ARUS 14 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 1.5465 5.8926 4.3277 61.8582 17.5806
kg/jam 204.1429 344.7184 614.5293 3309.4142 316.4509
ARUS 16 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18 53.5
kgmol/jam 1.5465 5.8926 4.3277 58.7653 17.5806 3.0929
kg/jam 204.1429 344.7184 614.5293 3143.9441 316.4509 165.4702
ARUS 19 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0773 3.1011 0.3507 58.7653 4.9508
kg/jam 10.2085 181.4156 49.7953 3143.9441 0.90486823 89.1137 3474.4772
ARUS 21 Berat Molekul 132 58.5 142 53.5 18
kgmol/jam 0.0031 0.1240 0.0140 58.7653 0.1980
kg/jam 0.4083 7.2566 1.9918 3143.9441 0.99581228 3.5645 3157.1654
Input Arus 4 kgmol/jam
Arus 5
kg/jam
0.0000 61.9343 0.0000 0.0000 0.8084
0.0000 3623.1536 0.0000 0.0000 14.5508
kgmol/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 505.7445
kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 9103.4011
Arus 9 kgmol/jam
kg/jam
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 26.3415 474.1467
Arus 17 kgmol/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 17.4664
OUTPUT Arus 12 kgmol/jam 0.0014 0.0053 0.0000 0.0001 0.1584 0.1651
Arus 15
kg/jam 0.1839 0.3106 0.0000 0.0033 2.8509 3.3487
kgmol/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 158.2255
kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 2848.0584
Arus20 kgmol/jam
kg/jam
0.0742 9.8001 2.9771 174.1590 0.3366 47.8035 0.0000 0.0000 4.7527 85.5492 8.1407 317.3118
Arus 21 kgmol/jam 0.0031 0.1240 0.0140 58.7653 0.1980 59.1045
Arus 17 kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 314.3944
3893.0100 3623.1536 0 0 13714.4611 21230.6247
Arus 21 kg/jam 0.4083 7.2566 1.9918 3143.9441 3.5645 3157.1654
10.4128 181.7607 4176.7333 3147.2568 13714.4611 21230.6247
DATA SIFAT FISIS 1 Kapasitas panas () formula : = A + BT + CT2 + DT3 KJ/kmol K Nilai konstanta masing-masing komponen : Komponen A B C (NH4)2SO4 24.56 0.1311 -2.13E-05 NaCl 95.016 3.36E-02 -1.39E-05 Na2SO4 12.202 5.81E-01 -6.06E-04 NH4Cl 23.118 1.50E-01 -3.03E-05 H2O 92.053 -4.00E-02 -2.11E-04
5.32E-07
2 Densitas (ρ) formula : ρ = A*B^(-(1-T/Tc)^n) g/mL T dalam K Nilai konstanta masing-masing komponen : Komponen A B n (NH4)2SO4 0.2015 0.1125 0.28571 NaCl 0.22127 0.10591 0.37527 Na2SO4 0.26141 0.1 0.28571 NH4Cl 0.75456 0.3 0.28571 H2O 0.3471 0.274 0.28571
Tc 1104.32 3400.00 3700.00 882.00 647.13
3 Viskositas (μ) formula : log μ = A + B/T + CT + DT^2 Nilai konstanta masing-masing komponen : Komponen A ngawur (NH4)2SO4 -0.8734 NaCl -0.9169 Na2SO4 11.2905 NH4Cl -0.8508 H2O -10.2158
B 1.04E+03 1.08E+03 -4.58E+03 9.30E+02 1.79E+03
4 Konduktivitas panas (k) Data konduktivitas panas (k) untuk bahan organik (W / m K) formula : k = 10^( A + B(1-T/Tc)^(2/7)) Nilai konstanta masing-masing komponen : Komponen A B CH2O -0.863 0.369 CH4O -1.179 0.619 C6N4H12 -1.81 1.059 Data konduktivitas panas (k) untuk bahan anorganik (W / m K) formula : k = A + BT + CT^2 Komponen A B NaCl 51.6119 -2.96E-01 H2O -0.2758 4.61E-03 5 Tekanan uap murni (Po) Data tekanan uap (mmHg) formula : log P = A + B/T + C log T + DT + ET^2 Komponen A B
C -6.58E-12 -7.62E-05 -6.78E-03 -4.76E-12 1.77E-02
D
D 2.64E-13 1.11E-08 9.24E-07 1.78E-15 -1.26E-05
Tc 580 512.58 655
C 4.71E-04 -5.54E-06
C
D
CH4O NH3 H2O CH2O C6N4H12
asli
Coulson
45.617 37.158 29.861 41.96 57.648
-3144.7 -2027.7 -3152.2 -2135.5 -4656.895
-13.988 -11.601 -7.304 -13.765 -16.755
6.64E-03 7.46E-03 2.43E-09 9.57E-03 1.76E-06
ln P = A - ( B / ( T + C ) ) NH3 A 16.9481 B 2132.5 C -32.98 ln P 81.6085 P 2.77E+35 mmHg 3.6417E+32 atm
T Air rho my k
92.053 0.347 -10.216 -0.276
-0.039953 0.274 1795.2 4.61E-03
-0.00021 0.286 0.018 -5.54E-06
5.35E-07 647.13 -1.26E-05
T Air rho my k
92.053 0.347 -10.216 -0.276
-0.039953 0.274 1795.2 4.61E-03
-0.00021 0.286 0.018 -5.54E-06
5.35E-07 647.13 -1.26E-05
T air rho my k
92.053 0.347 -10.216 -0.276
Sifat Fisis Udara T K 250
ρ kg/m3 1.4128
-0.039953 0.274 1795.2 4.61E-03
( Apendix A-5 Holman ) μ x 105 kJ/kg.oC kg/m.s 1.0053 1.599
-0.00021 0.286 0.018 -5.54E-06
ν x 106 m2/s 11.31
5.35E-07 647.13 -1.26E-05
k W/m.oC 0.02227
300 310.65 340.5537151 350
1.1774 1.1392 1.0319 0.998
1.0057 1.0064 1.0084 1.009
0.8462 1.1079 1.8428 2.075
15.69 16.77 19.80 20.76
0.02624 0.02705 0.02931 0.03003
Sifat-sifat logam (Appendix A-2 Holman hal 581) Baja karbon T, oC k, W/m.oC
0 55
T= k=
100 52
200 48
300 45
100 oC 52
Tabel 2 Kern hal 795 Asbestos o
rho [lb/ft3] 29.3 29.3 36 36 36 36 43.5 43.5
F
k [Btu/(hr.ft2.oF/ft)] -328 0.043 32 0.09 32 0.087 212 0.111 392 0.12 752 0.129 -328 0.09 32 0.135
o
rho 29.3 29.3 30 36 36 36 43.5 43.5
C -200 0 0 100 200 400 -200 0
400 42
Carl & Yaws
dT 4960.2399 7853.7745 10402.8024 5251.6463 5634.4373
To= T=
= =
70.4969 105.6138 144.6764 74.8570 75.3823 air T 35
rho
12.2020 KJ/kmol K 0.6779 KJ/kgK Rho T 30 1.7607
1.4051 1.8984 2.4402 2.1114 0.9558
1.9202 1.9487 -3.3818 1.6437 -0.5542
25 100
1.2449
log μ #VALUE! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!
0.0000003 0.0005712
k 0.25817
51.6119 -0.2758 k=1 k2
E
log P
#VALUE! 7.61453351 1.14095148
P mmHg
atm
psia
298 373
-1.05E-13 -9.58E-12 1.81E-06 -5.11E-12 3.69E-06
#DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!
120 393 76.3720 0.9347 0.2987 0.6810
kJ/kmol K g/mL W/m K
20 293 75.7679 1.0316 1.2609 0.5998
kJ/kmol K g/mL W/m K
#REF! #REF! #REF! #REF! #REF! #REF!
α x 104 m2/s 0.15675
#DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!
#DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!
4.1868 1.0134 58.3275 0.7226 0.39349
btu/lbm.F lb/ft3 lb/ft jam btu/hr.ft.F
4.1868 1.0054 64.3747 3.0503 0.34656
btu/lbm.F lb/ft3 lb/ft jam btu/hr.ft.F
4.1868 kJ/kmol K g/mL W/m K
Pr 0.722
#REF! #REF! #REF! #REF!
btu/lbm.F lb/ft3 lb/ft jam btu/hr.ft.F
#DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!
0.2216 0.2379 0.2838 0.2983
0.708 0.706 0.699 0.697
600 35
T isolasi = k= rho =
800 31
o 40.0000 C
0.0966 36
1000 29
1200 31
Perhitungan Neraca Massa di Reaktor REAKTOR 1 A 1 2 3 4 5
NERACA MASSA Basis perhitungan Kapasitas pabrik Operasi pabrik selama setahun Produksi Ammonium Chloride Umpan reaktor :
1 jam operasi 25000 kg/tahun 330 hari 3156,5657 kg/jam
input Komponen
BM
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
132.0000 58.5000 142.0000 53.5000 18.0000
arus 3 kmol/jam 29.4925 0.0000 0.0000 0.0000 211.5538 241.0463
Total konversi 6 Reaksi yang terjadi di dalam reaktor : (NH4)2SO4 + mula2 30.9617 reaksi 29.4136 sisa 1.5481
22071.2 0.9500 2NaCl
Na2SO4 64.7258 58.8272 5.8985
7 Komposisi produk :
output Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total
B
BM 132.0000 58.5000 142.0000 53.5000 18.0000
arus 8 kmol/jam 1.5481 5.8985 33.3906 61.9201 149.6406
kg/jam 204.3472 345.0634 4741.4673 3312.7270 2693.5303 22071.2565
NERACA PANAS 1 Tujuannya: 1 Menghitung panas yang masuk dan keluar reaktor 2 Menghitung kebutuhan air pendingin untuk menjaga suhu reaktor tetap
+
2 Blok diagram neraca panas di reaktor
H2
H1 REAKTOR
Qr dengan
H1 H2 Qr Qp
Qc Entalpi total reaktan masuk reaktor Entalpi total produk keluar reaktor Panas reaksi standar pada 298 K (-∆Hr) Panas yang harus diberikan untuk menjaga suhu reaktor konstan
3 Menghitung banyaknya panas yang harus didiberikan (Qp) Persamaan neraca panas di sekitar reaktor : Qp = H1 + Qr - H2 Dalam perhitungan digunakan suhu referensi = 25oC = 298 K a Menghitung entalpi reaktan masuk reaktor (H1) suhu umpan = 100 oC = 373 K persamaan : = A + BT + CT2 + DT3 Komponen masuk reaktor dari neraca massa : komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total panas masuk reaktor =
n (kmol/jam) 30.9617 64.7258 3.9770 3.09290 748.2029
kj / kmol K dT 4960.2399 7853.7745 10402.8024 5251.6463 5634.4373
4935235.7681 kJ/jam
b Menghitung entalpi produk keluar reaktor (H2) suhu keluar reaktor : 100 oC Komponen keluar reaktor dari neraca massa : dT komponen n (kmol/jam) (NH4)2SO4 1.5481 4960.2399 NaCl 5.8985 7853.7745 Na2SO4 33.3906 10402.8024 NH4Cl 61.9201 5251.6463 H2O 748.2029 5634.4373 Total Total panas keluar reaktor =
n dT 153577.4604 508341.4462 41371.9451 16242.8170 4215702.10 4935235.7681
373 n dT 7678.8730 46325.6461 347355.9693 325182.6244 4215702.099 4942245.212
4942245.2122 kJ/jam
c Menghitung panas reaksi standar pada suhu 298 K data panas pembentukan standar : ∆Hr 298 = ∆Hf produk - ∆Hf reaktan ∆Hr 298 = (n Na2SO4 * ∆Hf Na2SO4 + n NH4Cl*∆Hf NH4Cl) - (n (NH4)2SO4* ∆Hf (NH4)2SO4 + n NaCl komponen n (kmol/jam) ∆Hf, kcal/mol ∆Hf, kcal/jam (NH4)2SO4 29.4136 -279.33 -8216105.078 NaCl 58.8272 -97.324 -5725301.333 Na2SO4 29.4136 -330.82 -9730612.114 NH4Cl 58.8272 -71.20 -4188498.776
∆Hr ∆Hr Keterangan Panas yang dibawa umpan Panas yang dibawa produk Panas reaksi Panas yang dibutuhkan
22295.52 kcal/jam 93288.8549 kJ/jam Input (kJ/jam) Output (kJ/jam) 4935235.7681 4942245.2122 93288.8549 100298.2990 5035534.0671 5035534.0671
4 Mencari banyaknya steam yang dibutuhkan Q = m ∆H steam yang digunakan: T 120 P 198.54 H sat liquid 503.7 H sat vapour 2706.00 ∆H = 2202.3000 m = Q / ∆H steam yang dibutuhkan: 45.5425
oC kPa kJ/kg kJ/kg kJ/kg kg
SVA App.F HAL 690
gan Neraca Massa di Reaktor
arus 3 kg/jam 3893.0100 0.0000 0.0000 0.0000 3807.9681 7700.9781
Na2SO4
input arus 6 arus 18 kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam 0.0000 0.0000 1.4692 193.9344 61.9343 3623.1536 2.7915 163.3028 0.0000 0.0000 3.9770 564.7340 0.0000 0.0000 3.0929 165.4702 506.5529 9117.9519 30.0962 541.7316 568.4871 12741.1055 22071.2565
+
output arus 7 kmol/jam kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 598.5623 10774.1212 22071.2565
reaktor tetap
2NH4Cl 3.9770 29.4136 33.3906
41.4268 1629.1729
3.0929 58.8272 61.9201
k menjaga suhu reaktor konstan
Coulson, vol 6, 1989
Carl & Yaws, 1999
K
Cl) - (n (NH4)2SO4* ∆Hf (NH4)2SO4 + n NaCl*∆Hf NaCl)
100298.2990
SVA App.F HAL 690
PERANCANGAN REAKTOR Jenis : Alasan pemilihan :
Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB)
1 waktu tinggal pada setiap bagian volume lebih lama sehingga reaks 2 konversi yang diperoleh mendekati konversi teoritis 3 karena reaksinya fase cair sehinga penggunan RATB sesuai Kondisi operasi : Tekanan reaktor ditentukan sebesar : suhu : Tekanan operasi (over design 20 %) = Reaksi yang terjadi : (NH4)2SO4(l) + 2 konversi
100
NaCl(l)
Na2SO4(s) + 2 NH4Cl(l) 95 % terhadap ammonium sulfat
Kapasitas pabrik ditentukan sebesar 25.000 ton ammonium klorida / tahun Reaksi di atas dapat dituliskan : A+2B Reaksi merupakan reaksi orde dua dengan persamaan kecepatan reaksi :
C+2
-rA = k CACB Persamaan perancangan RATB :
V dengan :
( FAO
( rA )
V Fao Fa rA xa
Menghitung Volume Reaktor Menghitung densitas campuran di dalam reaktor suhu reaktor Densitas cairan = Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total Debit reaktor =
FA)
( FA (
Densitas campuran =
Waktu tinggal reaktor diketahui waktu tinggal dalam reaktor t
konsentrasi mula-mula reaktan masuk reaktor Cao Cbo
V reaktor
Volume perancangan dengan faktor keamanan 20 % =
Menghitung Dimensi Utama Reaktor Silinder tegak, bentuk atap dan dasarnya torispherical Bentuk : alasan : range tekanan 15-200 psi V head 0,000049 x di^3 dimensi yang digunakan dalam perancangan : H = D dengan volume reaktor = volume silinder + 2 volume head V reaktor = 1/4 π D^2 H + 2 * 0,000049 di^3 dengan: H = D maka, V reaktor = (1/4) π D3 x 5,787037E-04 + 2 x 0,000049 D^3 diperoleh : D3 D
sehingga :
H
Mencari Ketinggian Cairan dalam Reaktor Volume cairan = V reaktor sebelum over design= Vol head 0,000049 x di^3 Vol head dasar 4.0322 vol cairan di shell = vol cairan - volume head dasar 33.8407 2 vol cairan di shell = 0.25 π D ZL
tinggi cairan (ZL)
3.2812 1.0001
Menghitung Tebal Dinding Reaktor Persamaan yang digunakan :
t dengan
P . ri C f . E 0,6 P
t P ri
diketahui ri Tekanan operasi
1.2 17.6400 2539.6825 ρ* (g/gc)* ZL
P hidrostatik
255.3868 0.1207 1.7739 Tekanan perancangan = P operasi + P hidrostatik
19.4139 Direncanakan bahan konstruksi dipilih dari stainless steel SA 203 grade B karena cairan dalam re Spesifikasi bahan : Allowable stress ( f ) Corrosion Allowance ( C ) Effisiensi pengelasan ( E ) dimasukkan ke persamaan, maka diperoleh tebal dinding reaktor : ts digunakan tebal standar dinding reaktor :
Menghitung Tebal Head Persamaan :
diambil standar
t
P . rc .W 2. f . E 0 , 2. P
ID OD = ID + 2*ts OD Tabel 5.7 Brownell, hal 91 icr r
maka :
1 r W 3 4 icr W sehingga : th
C
digunakan tebal head reaktor : th
Menentukan Tinggi Head a = AB = BC = AC = b = untuk tebal head 3/16 in, maka : standar straight flange (sf) : 1.5 - 2.25 in dipilih tinggi head = th + b +sf
sf = 9.2789 0.2357 0.7732 tinggi silinder + 2.tinggi head 62.0539 1.5762 5.1712
Tinggi reaktor total =
t
21.7480144 18.74801 45.00000 40.9086 7.0914
1 t W 4 . f
2
P . r i C X P . r c . W r A O A C 3 i c r f . E 0 , 6 P r . E 0 , 2 . P A
C
PERANCANGAN REAKTOR
angki Berpengaduk (RATB)
pada setiap bagian volume lebih lama sehingga reaksinya seragam diperoleh mendekati konversi teoritis nya fase cair sehinga penggunan RATB sesuai
Rase hal 331,1977
Isothermal 1 atm
14.7000 psi
oC
373 K 1.2 atm
Cl(l)
17.6400 psi
Na2SO4(s) + 2 NH4Cl(l) 95 % terhadap ammonium sulfat
faithkeyes,1975
ton ammonium klorida / tahun
A+2B persamaan kecepatan reaksi :
C+2D Levenspiel, ed.3, 1999
( FAO
FA)
( rA )
( FA0 X A ) ( rA )
Levenspiel, ed.3, 1999
volume reaktor aliran mol umpan masuk aliran mol produk keluar kecepatan reaksi konversi
olume Reaktor
reaktor 100 oC ρ = A*B^(-(1-T/Tc)^n) massa (kg/jam) 4086.9444 3786.4564 564.7340 165.4702 13467.6515 22071.2565 19303.9520 L/jam
373 K g/mL xi 0.1852 0.1716 0.0256 0.0075 0.6102 1.0000
ρi (g/mL) 1.4051 1.8984 2.4402 2.1114 0.9558
Carl & Yaws, 1999 xi.ρi Fvo (L/jam) 0.2602 2908.5497 0.3257 1994.5909 0.0624 231.4331 0.0158 78.3699 0.5832 14091.0083 1.2473 19303.9520
5.3622 L/det
BM 132 58.5 142 53.5 18
1.2473 g/mL
77.8333 lbm/ft3
200 detik 0.0556 jam
(Ulrich)
0.0016 kgmol/jam 0.0034 kgmol/jam
1.6039 mol/jam 3.3530 mol/jam
1072.4418 L 1.0724 m3 37.8729 ft3 1286.930134 L 1.2869 m3 45.4475 ft3
78.5333 in
nsi Utama Reaktor bentuk atap dan dasarnya torispherical d i=dalam inchi
gan : H = D H D
Volume = dalam ft^3 Brownell, hal 43 tinggi reaktor diameter reaktor
Brownell pers. 5.11 halaman 88
head or = 1/4 π D^2 H + 2 * 0,000049 di^3
1/4) π D3 x 5,787037E-04 + 2 x 0,000049 D^3 82290.3336 43.4960 1.1048 3.6247 43.4960 1.1048 3.6247
d i=dalam inchi
Volume = dalam ft^3
in3 in m ft in m ft
airan dalam Reaktor 1072.4418 liter = d i=dalam inchi Volume = dalam ft^3 ft3
ead dasar ft3
37.87292321 ft3 Brownell pers. 5.11 halaman 88
ft m
Dinding Reaktor Brownell, 13.1,halaman 254, 1959
P . ri C E 0,6 P
tebal dinding reaktor in tekanan perancangan psi jari-jari dalam tangki in 1.8123 ft 21.7480 in atm psi lbf/ft2 lbf/ft2 atm psi
statik
psi tainless steel SA 203 grade B karena cairan dalam rekator bersifat korosif
ss ( f ) wance ( C ) gelasan ( E )
17500 psi 0.125 in 0.8
Tabel 13.1 Brownell, 1959 halaman 253 Tabel 13.2 Brownell, 1959 halaman 254
tebal dinding reaktor : 0.1552 0.3942 3/16 0.4763 0.0156
. rc .W 0 , 2. P
in cm in cm ft
C Brownell, 7.77,halaman 138, 1959 43.4960 in 43.8064 in 48.0000 in 3 48
Brownell, 7.76, halaman 138, 1959
1.7500 0.1832 in 0.4655 cm
Tabel 5.6 Brownell, 1959 halaman 88
3/16 0.1875 in 0.0048 m 0.0156 ft fig.5.8 Brownell halaman 87 OD
in in in in in
b
OA
A
icr sf
B
ID
Brownell, Tabel 5.8,halaman 93, 1959 2 in
a
t
r
in m ft a=ID/2 b=r-[ (BC)^2 - (AB)^2 ]^0,5 AB = ( ID/2 ) - icr BC = r - icr AC = [ (BC)^2 (AB)^2 ]^0,5 tinggi head = t + b + sf
in m ft
P . r i C X r c . W A O A C E 0 , 6 P r 0 , 2 . P A
OD
C
b
OA
A
i cr sf
B
ID a
r
t
Keterangan icr sf r OD b a
: : inside-corner radius : straight flange : radius of dish : outside diameter : depth of dish (inside) : inside radius
kgmol/jam 30.9617 64.7258 3.9770 3.0929 748.2029 850.9602
: inside-corner radius : straight flange : radius of dish : outside diameter : depth of dish (inside) : inside radius
Menghitung Dimensi dan Daya Pengaduk REAKTOR
1 Menghitung Dimensi Pengaduk Jenis pengaduk yang dipilih : dari data viskositas cairan dalam reaktor maka dari gb.8.4 Rase pertimbangan : a range viskositas pengaduk jenis ini sesuai dengan viskositas bahan di reaktor b baffle dapat memperbaiki transfer panas di dalam reaktor
Dari fig 477. Brown halaman 507 didapatkan : untuk pengaduk jenis turbin dengan 6 blade dengan 4 baffle ( 6 blade plate turbin ZL /Dt 2.7 - 3.9 Zi / Di 0.75 - 1.3 Dt / Di 3 L / Di 0.25 W / Dt 0.1 T/Di 0.2 dengan Di Diameter pengaduk Dt Diameter dalam reaktor Zi jarak pengaduk dari dasar reaktor ZL tinggi cairan dalam reaktor L panjang Blade W lebar Baffle T tinggi blade diketahui Dt 3.6247 ft Di = Dt/3 1.2082 ft Zi = 1.3 * Di 1.5707 ft L = 0.25 * Di 0.3021 ft T = 0.2*Di 0.2416 ft W = 0.1*Dt 0.3625 ft ZL 3.2812 ft
2 Menghitung Daya pengadukan (P) a Mencari kecepatan pengadukan untuk turbin dihitung dengan persamaan :
W E L H 3.14 Di N 2 Di 600 dengan
diketahui
WELH Di N
2
Water Equivalent Liquid Height, ft Diameter pengaduk, ft Kecepatan pengadukan, rpm WELH = ZL * (spesific gravity cairan) densitas campuran 1.2473 densitas air pada suhu 100oC 0.9558 specific gravity 1.3051
maka WELH WELH/2Di N
4.2822 1.7721 210.53194 12631.91654 3.5089 1.1814
number of turbine = WELH / D =
b Mencari bilangan Reynold
Re dengan :
N D2
rho N D miu
densitas campuran putaran pengadukan diameter impeller viskositas campuran
diketahui : N Di
3.5089 1.2082 14.4987 77.8333
rho
rps ft in lbm/ft3
Mencari viskositas campuran formula : log μ = A + B/T + CT + DT^2 Komponen Massa, Kg fr massa, xi log (visc) (NH4)2SO4 204.3472 0.0181 1.9202 NaCl 345.0634 0.0305 1.9487 Na2SO4 4741.4673 0.4197 -3.3818 NH4Cl 3312.7270 0.2932 1.6437 H2O 2693.5303 0.2384 -0.5542 Total 11297.1352 1.0000 μ campuran maka
17.1942 0.011554 lb/ft.det 34505.9767
Re
Dari fig 8.8 rase, diperoleh harga Np sebesar: besarnya daya yang dibutuhkan untuk pengadukan:
N Di P 3.52 x10 xNpx 62.43 60 12 3
3
dengan:
P = daya pengaduk, hp N = kecepatan pengaduk, rpm = ρ = densitas slurry, lb/ft3 = Di = diameter pengaduk, in = P= 2.6848 hp untuk perancangan motor pengaduk ditambah 10 % dan 0.5 hp P= 2.6848 hp + 0.2685 = 3.4533 hp = 2.5751
5
Dipilih power motor pengaduk
W E L H 3.14 Di N 2 Di 600
5.00
2
Re
N D2
N Di P 3.52 x10 xNpx 62.43 60 12 3
3
5
engaduk
eaktor maka dari gb.8.4 Rase dipilih turbin dengan flat blade
skositas bahan di reaktor Rase, halaman 341, 1977
4 baffle ( 6 blade plate turbine impeller with 4 baffle ) didapat persaman :
or
aktor
0.3683 0.4787 0.0921 0.0737 0.1105 1.0001
m m m m m m
Rase 8.8, hal 345, 1977
id Height, ft
an, rpm avity cairan) g/mL g/mL
ft ft rpm rphr rps Rase 8.9, hal 345 1977
visc 83.2081 88.8596 0.0004 44.0200 0.2791
xi*visc 1.5051E+00 2.7142E+00 1.7423E-04 1.2908E+01 6.6548E-02 17.1942
41.5944 lb/ft.hr
5.5
Power pengadukan dapat dicari de
P = ΦρN3Di5/gc 3
N Di 60 12
5
(Rase fig 8.8 hal 349) dengan :
210.53194 rpm 77.83332387 lb/ft3 14.4987 in dan 0.5 hp hp KW
+
0.3683 m (Rase fig 8.8 hal 349) 0.5 hp
P rho N Di gc
Nre dari gab.477 hal 507 Br maka power pengadukan : P
hp
untuk perancangan dipilih motor
3
N Di 60 12
5
gadukan dapat dicari dengan persamaan :
P = ΦρN3Di5/gc Brown pers.461, 1950 power, ft.lbf/det densitas cairan didalam reaktor, lbm/ft3 jumlah putaran pengaduk, rps diameter pengaduk, ft konstanta kecepatan gravitasi, lbm.ft/lbf.s2
34505.9767 dari gab.477 hal 507 Brown didapatkan nilai Φ = er pengadukan : 2150.97552 ft.lbf/det 3.9652 HP
8
ancangan dipilih motor dengan daya :
5 HP
PERANCANGAN JAKET
PEMANAS
REAKTOR 1 Kebutuhan steam pemanas Kondisi operasi isotermal nonadiabatis Kebutuhan pemanas berdasarkan jumlah panas yang diserap ( Qp ) Qp = 284785.4938 kJ / jam Qp = 284785.4938 kJ / jam = 269923.5055 T in = 100 oC = 373.00 t out = 100 oC = 373.00 untuk pemanas steam : t1 = suhu pemanas masuk = 180 C = t2 = suhu pemanas keluar = 180 C = trata-rata = 180 C = sifat steam : . = 2.7129 kJ/kg.K 0.6480 ρ = 0.0052 g/cm 3 5.1588 μ = 0.1519 0.000151900 k = 0.0211 BTU/hr.ft.F 0.03645 Massa pemanas yang dibutuhkan : M =
m = Q / ∆H = = = =
Volume Pemanas yang diperlukan
=
2 Menentukan Lebar Jaket TRIAL lebar jaket = Diamter jkt=Dt+ 2*lbr =
141.4591 0.0393 0.0076 27.4209
kg/jam kg/s m3/s m3/jam 27.42093 m3 / jam = = 0.00762 m3/s = 0.26899 ft3/s
7 in = 5.166654813 ft =
0.177800356 61.99985776
Koefisien transfer panas steam dalam jaket ke dinding reaktor ( ho ) ho = jh. k. [μ. ]1/3 . [ μ ]0.14 ( Kern, pers 6.15b,halaman 112 ) D [ k ]1/3 [ μw ]0.14 Keterangan : O k=konduktivitas termal steam = 0.02106 Btu/hr.ft. F ρ=densitas steam pada = 0.32184 lb/ft3 μ=viskositas steam pada = 0.15190 = 0.36748 O =kapasitas panas steam = 0.64797 Btu/lb. F A = luas penampang aliran = 8.39504 ft2 G = 37.14878 lb/ft2.jam De =diameter equivalen=(Dj^2 -Dt^2)/Dt = 2.67358 ft Re = De.G μ Re^(2/3) jh =
=
270.2765 41.8028 175
270.2765
[ μ. ]1/3 [ k ]1/3 [ μ ]0.14 [ μw ]0.14 ho
=
2.2444
=
1
=
( Kern hal 719 )
2 3.09401 Btu/j ft . F
Koefisien transfer panas fluida dalam reaktor ke dinding reaktor ( hi ) k. [μ. ]1/3 . [ μ ]0.14 D [ k ]1/3 [ μw ]0.14 Di=diameter reaktor = 4.00000 k=konduktivitas termal= 31.85610 μ=viskositas slurry = 41.59439 =kapasitas panas = 0.37464 N = rotasi pengaduk = 12631.91654 (L2.N.ρ) = 208271.29007 μ^2/3 ( μ . ) 1/3 = 0.78793 k 1/3 [ μ ]0.14 = 1.93883 [ μw ]0.14 hi = 13382.92578 hio = hi x ID = 12127.16927 OD hi = jh.
Re =
( Kern, pers 6.15b,halaman 112 ) ft BTU/jam.ft2. F lb/ft jam BTU/lbm.F rph
2.14E+01 kkal/jam.m2.C ρ= densitas slurry 77.83332 = L= diameter impeller2.96835 = Jh
=
1100
Btu/j ft2. F Btu/j ft2. F
Koefisien Transfer Panas Overall / clean ( Uc ) Uc = ho x hio = 55.67800 BTU/ft2.jam.F ho + hio RD yang diijinkan = 0.001 ( Kern table 12 hal 845 ) 1 = 1 + RD UD
UC Ud =
52.74146 BTU/ft2.jam.F
Menghitung luas perpindahan panas ( A ) Menghitung ΔTLMTD ( Log Mean Temperature Diferensial )
(counter current)
ΔTLMTD = ( Tin - t2 ) - ( Tout - t1 ) Ln {( Tin - t2 )/ ( Tout - t1 )]
=
O 80 C
luas perpindahan panas yang dibutuhkan : A = Q Ud * ∆TLMTD A = 145.3938 ft2 = 13.5079 m2 Luas transfer panas yang tersedia
At Dt H At
=
1 Dt 2 4 12.5600 ft2
=
176
O
F
karena luas perpan yang dibutuhkan < luas transfer perpan yang tersedia, maka tidak boleh digunakan jake
Menghitung Tinggi Jaket (Hj ) A = π. Dt . Hj + ¼ . π. Dt2 145.39381
=
Hj tinggi slurry di reaktor = tinggi jaket =
=
12.56000
Hj +
12.56000
=
3.22359
10.57594 ft 1.0001 m 3.2236 m
tebal jaket tj
P .ri f .E 0 .6 P
( Brownell pers 13.1 hal 254 )
dengan:
tj = tebal jaket ri = jari-jari jaket = untuk bahan jaket dipilih carbon steel SA 212 grade B dengan: P = E = f = C = tj = 0.0391 in dipakai tebal standar = 3/16 in 0.0048 = m 0.0156 = ft
30.9999 in 1.2000 atm 0.8 17500 Psia 0.125
=
17.6400
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total
(perhitungan Neraca Panas) Btu / jam K = 212.00 F K = 212.00 F 453 K 453 K 453 K BTU/lbm.F kg/m3 = kg/m.s = W/m.K
= = =
356.00 F 356.00 F 356.00 F
0.3218 lbm/ft3 0.3674 lbm/ft.hr
campuran
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total
0.00010 lbm/ft.s
DARI DESIGN REAKTOR Din 3.6247 ft Dout 4 ft
k campuran =
658.1024 m3/hari
m = in
0.583327 ft
rn, pers 6.15b,halaman 112 )
1 lb lbm/ft.hr
= 0.45359 kg
0.0079
Massa, Kg 4086.9444 3786.4564 564.7340 165.4702 13467.6515 22071.2565 () =
Massa, Kg 4086.9444 3786.4564 564.7340 165.4702 13467.6515 22071.2565
pers 6.15b,halaman 112 )
nter current)
0.55111 W/m.K lb/ft3 ft μ=viskositas 0.017195 slurry =
aka tidak boleh digunakan jaket
m
= 126.91257 in
psia (over design 20 %)
1 btu/lbm.F = xi 0.1852 0.1716 0.0256 0.0075 0.6102 1.0000 1.5686
, kJ / kmol K , kJ / kg K 70.4969 2.3499 105.6138 3.3004 144.6764 8.0376 74.8570 4.4034 75.3823 0.5384
kJ/kg K
xi 0.1852 0.1716 0.0256 0.0075 0.6102 1.0000 0.4284 W / m K
xi* 0.4351 0.5662 0.2057 0.0330 0.3286 1.5686
0.3746 btu/lbm.F
k 0.0000 0.0000 0.6738 0.0000 0.6738
k*xi 0.0000 0.0000 0.0172 0.0000 0.4112 0.4284 0.7413 btu/hr.ft.F
4.1868 kJ/kg.K 4.1868
PERANCANGAN COIL PEMANAS REAKTOR Pertimbangan: 1. Lebih ekonomis 2. Luas transfer panasnya lebih besar Pemanas yang digunakan adalah steam Hot fluid (C) 180 Higher Temp. 180 Lower Temp.
Cold fluid (C) 100 100
Difference 80 80
Hot fluid (F) 180 180
Cold fluid (F) 100 100
Difference 80 80
Higher Temp. Lower Temp.
ΔTLMTD= (ΔT2 - ΔT1)/(Ln(ΔT2/ΔT1)) = 80.0000 C = 176.0000 F q= = = A
1 kkal = 1 BTU =
284785.4938 68019.8466 269920.0262
kJ/jam kkal/jam BTU/jam
--> Panas yang harus diBERIKAN
Perancangan Coil 1 Kebutuhan steam pemanas Kebutuhan pemanas berdasarkan jumlah panas yang dibutuhkan ( Qp ) Qp = 284785.4938 kJ / jam (perhitungan Neraca Panas) Qp = 269920.0262 Btu / jam T = 100 C = 373.15 K = Untuk pemanas, dipakai steam yang masuk pada suhu 180 C dan keluar pada suhu 120 C (kondensat) o T1 = 180 C = 453.15 K = T2 = Trata-rata = Sifat fisis steam,pada trata-rata : = 48.8322 kJ/kmol.K ρ μ
= =
0.0052 kg/L = 0.1519 =
k = 0.03645 W/m.K = Massa pemanas yang dibutuhkan : M = Qp .(t2-t1) = 141.45912 kg/jam = 0.0393 kg/s = Volume pemanas yang dibutuhkan = = =
o 180 C o 180 C
=
= =
453.15 K 453.15 K
= =
2.7129 kJ/kg.K = 1 btu/lbm.F= 4.1868 5.5188 kg/m3 = 0.3445 0.0001519 kg/m.s = 0.3678 = 0.0001 0.02106 Btu/hr.ft.F
0.0866 lbm/s 25.6322 m3/jam 0.0071 m3/s 0.2514 ft3/s
1 ft3 =
2 Pipa coil pemanas Spesifikasi pipa koil : di industri 0.5 - 2 in Ukuran nominal pipa = IPS = Diameter luar = OD = Schedule Number = SN = Diameter dalam = ID = Flow area tiap pipa = ao = Surface area per lin ft= Ao = Susunan koil : helix Diameter helix (DH) = dipilih DH = IDr = DH = Jarak antar lilitan( X ) = dipilih X = X =
0.6 - 0.8 0.6 1.1048 0.6629 1-2 2 0.0427
(Perry, section 18, page) 4/8 0.84 40 0.622 0.304 0.22
Idr IDr m m OD OD m
=
in in
=
0.021336
in = in2 = ft2/ft =
0.0158 0.0021 0.0660
2.1748 ft
3 Koefisien transfer panas dalam koil (data pendingin)
hi.ID ID 0, 027.Re0,8 .Pr 3 . 1 3,5 k DH 1
dengan hi = ID = k= DH = Re =
koefisien transfer panas konveksi dalam koil (Btu/hr.ft2.F) diameter dalam koil (ft) = 0.0518 konduktivitas panas pemanas = 0.0211 diameter helix (ft) = 2.1748 Gt.ID = 2997855.6212 μ 2 Gt = Mair/ao = 721256.8073 kg/m .jam = 21272048 .μ k
Pr = bilangan Prandtl = hi = =
=
2 4052.254426 Btu/hr.ft .F 2 23008.70063 J/s.m .C =
ft Btu/hr.ft.F ft = Re^0,8 = lbm/ft2.jam
11.3160
Pr^1/3 =
2 5.4968 kKal/s.m .C
4 Koefisien transfer panas pada bagian dalam koil hio = hi.(ID/OD) 2 = 3000.59792 Btu/hr.ft .F = 17037.39499 J/s.m2.C =
ID = OD = 2 4.0702 kKal/s.m .C
5 Koefisien konveksi di luar koil (data fluida)
L2 N ho.Di 0.87 k
2/3
c k
1/ 3
w
0.14
Untuk pemanas koil digunakan persamaan : (data cairan dalam reaktor) dengan ho = koefisien konveksi di luar koil = k = konduktivitas panas cairan = Di = diameter impeler = L = Panjang blade = ρ = densitas cairan = N = kecepatan putar impeler =
( pers.20.4, hal 722, Kern, 1950
952.9563 1.5992 1.2082 0.3021 1.2473 3.5089
[
c= panas jenis cairan μ= viskositas slurry = 1.9386
]^ 0 . 14 w
6 Clean overall coefficient heat transfer hio . ho Uc = hio + ho 2 3000.59792 Btu/hr.ft .F = 2 3000.59792 Btu/hr.ft .F = = =
= =
1.9245 41.5944
x +
952.9563 952.9562711
723.2577 Btu/hr.ft2.F 2 4106.657356 J/s.m .C 2 0.9811 kKal/s.m .C
7 Dirt overall coefficient heat transfer (Ud) 1/Ud= (1/Uc)+Rd Rd = 1/Ud= Ud= = =
0.001 0.0024 419.7037 2383.0779 0.5693
dengan:
ft2.hr.F/btu Btu/hr.ft2.F J/s.m2.C kKal/s.m2.C koefisien transfer panas overall saat kotor (kKal/s.m 2.C) koefisien transfer panas overall saat bersih (kKal/s.m 2.C) dirt factor/ fouling factor (m 2.s.C/kKal)
Ud = Uc = Rd =
8 Luas kontak perpindahan panas At =
Q Ud.∆TLMTD
Q= =
18.8944 2 0.5693 kKal/sm C x 2 0.4148 m 4.4654 ft2
= =
kKal / s 80.0000 C
9 jumlah koil Surface area per lin ft = A0 = Kell helix 3.14*(DH^2+X^2)^1/2 0.6927 Panjang koil (Lt) = At/Ao = 6.2856 m Nt = Lt/kell helix = 9.0736
Vol coil 1 lilitan
2 0.22 ft /ft =
=
10
3.14 / 4 x (ODcoil)2 x Lc
=
= (3.14/4) = Vol coil 10 lilitan
284785.494 18.89440
=
x
0.021336 3
0.0022 m 0.0225 m3
Menghitung tinggi cairan dalam tangki (Z)
2
x
6.2856
V total = Vcairan + V coil Volume cairan = Volume total = Vulme bottom head = ID reaktor = volume cairan dalam shell
tinggi cairan dalam shell
tinggi reaktor % tinggi cairan tinggi coil
= = =
37.8729 1.0949 4.0322 1.1048 =
ft3 m3 ft3 m
=
1.0724 m3
=
0.1142 m3
=
volume cairan - volume head dasar 3 0.9583 m
= = = = =
Vol cairan dalam shell (π/4)*D^2 0.9583 3,14/4 x 1.1048 ^2 0.9996 m 1.5762 m 63.4198%
=
Nt x (X + ODkoil) 10 putaran 0.6401 m
x
0.0640
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total campuran
Massa, Kg
xi
4086.9444
0.1852
3786.4564 564.7340 165.4702 13467.6515 22071.2565
0.1716 0.0256 0.0075 0.6102 1.0000
() =
8.0575
(ΔT2) (ΔT1)
(ΔT2) (ΔT1) 4.1868 kJ 0.252 kkal
Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total k campuran =
g harus diBERIKAN
erhitungan Neraca Panas) 212 F
hu 120 C (kondensat) 356 F 356 F 356 F 0.64797 Btu/lbm.F kJ/kg.K lbm/ft3 lbm/ft.hr lbm/ft.s
0.028317 m3
Massa, Kg 4086.9444 3786.4564 564.7340 165.4702 13467.6515 22071.2565
xi 0.1852 0.1716 0.0256 0.0075 0.6102 1.0000 1.5992
erry, section 18, page) m m ft2 = 2 m /m
0.000196 m2
(Rase, 1977 , hal 361) 1 ft =
(Perry)
(Kern, 1983, hal 103) (Kern, 1983, hal 721)
0.6629 m 151861.8095
2.2451
0.0518 ft 0.0700 ft
( pers.20.4, hal 722, Kern, 1950)
(Btu/h.ft2.F) W/m.K = ft ft kg/L = rps =
0.92403 Btu/hr.ft.F
1.2473 g/cm3 = 12631.92 rphr
77.86825 lbm/ft3
0.3048 m
Btu/lbm.F lb/ft jam
Btu/hr.ft2.F Btu/hr.ft2.F
( kern 6.10) (kern. Table 8 )
saat kotor (kKal/s.m 2.C) saat bersih (kKal/s.m 2.C)
kJ/jam kkal/s
1 kkal =
2 0.0660 m /m
4.1868 kJ
1 btu/lbm.F = , kJ / kmol K , kJ / kg K
xi*
70.4969
0.5341
0.0989
105.6138 144.6764 74.8570 224.5568
1.8054 1.0188 1.3992 12.4754
0.3097 0.0261 0.0105 7.6123 8.0575
kJ/kg K
1.9245 btu/lbm.F
k 0.2727 6.6310 0.0000 0.0000 0.6738
W/mK
4.1868 kJ/kg.K
k*xi 0.0505 1.1376 0.0000 0.0000 0.4112 1.5992 0.92403 btu/hr.ft.F
4.1868
……………………….FIX mpe di sini!!!!!!
F
PERANCANGAN PIPA INLET DAN OULET REAKTOR
Menghitung dimensi pipa pemasukan reaktan pengeluaran produk dan pipa untuk menjaga suhu Diameter pipa optimum = 3.9 * Q^0.45 * rho^0.13 1 Pipa pemasukan reaktan a umpan (NH4)2SO4 cair mengandung ammonium sulfat dan air kec.massa F 7700.9781 kg/j Komponen massa (kg/jam) (NH4)2SO4 3893.0100 rho 1.1829 g/mL H2O 3807.9681 1182.9366 kg/m3 73.8487 lb/ft3 Total 7700.9781 Q 6.5101 m3/j 229.9003 ft3/j 0.0639 ft3/det Di opt 1.9784 in Appendix K, Brownell dipilih pipa dengan diameter dalam ID 2.067 inci dipilih pipa dengan diameter luar OD 2.375 inci nominal pipe size 2 nomer schedule 40 b umpan NaCl mengandung air kec.massa F 12741.1055 kg/j rho
Q
Di opt
1.2238 1223.8068 76.4002 10.4110 367.6625 0.1021 2.4546
g/mL kg/m3 lb/ft3 m3/j ft3/j ft3/det in
Komponen massa (kg/jam) NaCl 3623.1536 H2O 9117.9519 Total 12741.1055
Appendix K, Brownell dipilih pipa dengan diameter dalam ID dipilih pipa dengan diameter luar OD nominal pipe size nomer schedule
2 Pipa pengeluaran produk reaktor kec.massa F rho
Q
Di opt
2.635 2.875 2 1/2 40
11297.1352 kg/j 1.9546 1954.5660 122.0202 5.7799 204.1141 0.0567 2.0017
g/mL kg/m3 lb/ft3 m3/j ft3/j ft3/det in
inci inci
Komponen massa (kg/jam) (NH4)2SO4 204.3472 NaCl 345.0634 Na2SO4 4741.4673 NH4Cl 3312.7270 H2O 2693.5303 Total 11297.1352
Appendix K, Brownell dipilih pipa dengan diameter dalam ID dipilih pipa dengan diameter luar OD nominal pipe size nomer schedule
2.334 2.875 2 1/2 80
inci inci
3 Pipa pemasukan steam pemanas kec.massa F rho
Q
Di opt
141.4591 kg/j 0.0052 5.2000 0.3246 27.2037 960.6888 0.2669 1.8594
dipilih pipa dengan diameter dalam ID dipilih pipa dengan diameter luar OD nominal pipe size nomer schedule
g/mL kg/m3 lb/ft3 m3/j ft3/j ft3/det in 1.93 2.375 2 80
Appendix K, Brownell inci inci
N OULET REAKTOR
an pipa untuk menjaga suhu Wallas, 1988 hal 100
xi ρi (g/mL) 0.5055 1.4051 0.4945 0.9558
xi.ρi 0.7103 0.4726
1.0000
1.1829
Appendix K, Brownell
xi ρi (g/mL) 0.2844 1.8984 0.7156 0.9558 1.0000
xi.ρi 0.5398 0.6840 1.2238
Appendix K, Brownell
xi ρi (g/mL) 0.0181 1.4051 0.0305 1.8984 0.4197 2.4402 0.2932 2.1114 0.2384 0.9558 1.0000
xi.ρi 0.0254 0.0580 1.0241 0.6191 0.2279 1.9546
4. Sistem pengeluaran air kec. massa F rho
Q
Di opt.
10774.1212 0.9558 955.7621 59.66659 11.2728 398.0954 0.1105821 2.4636
Appendix K, Brownell dipilih pipa dengan diameter dalam ID dipilih pipa dengan diameter luar OD nominal pipe size nomer schedule
ppendix K, Brownell
kg/j g/ml kg/m3 lb/ft3 m3/j ft3/j ft3/s in
n diameter dalam ID n diameter luar OD
Komponen massa(kg/jam) H2O 10774.1212 Total 10774.1212
2.635 2.875 2 1/2 40
xi ρi (g/mL) 1.0000 0.9558 1.0000
Appendix K, Brownell inci inci
xi.ρi 0.9558 0.9558
F. ISOLASI REAKTOR Isolator yang digunakan adalah jenis asbestos ( range suhu 100 - 700 oF ) dengan data-data sebagai berikut : e = 0.9400 kisolasi ρ Penentuan isolasi dilakukan dengan cara trial
= =
0.0966 36
Btu/(j.ft2/F) lb/ft3
R1 R2 R3
Ta
T1 T2 T3
R1 R2 R3
= = =
Jari-jari dalam reaktor Jari-jari luar reaktor Jari-jari reaktor setelah diisolasi
T1
=
Suhu dinding dalam reaktor
T2
=
Suhu dinding luar reaktor
T3
=
Suhu isolator bagian luar
Ta
=
Suhu udara luar
k1
=
Konduktivitas panas dinding reaktor
k2 L
= =
Konduktivitas panas isolator Panjang reaktor
Tebal isolasi ( ∆x )
=
0.19096
Menghitung panas konveksi dengan adanya isolasi ( Qc ) Suhu film ( Tf )
T3 + Ta 2 40
= = = =
+ 2 37.5 oC K
310.65
Sifat-sifat fisis udara pada Tf
β
ρ
=
1.1774 kg/m3
=
1.0057 kJ/kg.oC
k μ
= =
0.02624 W/m.oC 8.462E-06 kg/m.s
1 Tf
=
Δt
Tf - T3 37.5
= = = Bilangan Grasshof Gr
1 37.5
= o
2.5 =
=
g
0.0267
40
C x
β
(T3 - Ta)
x μ
2
9,8
=
x
=
0.0267
7.145E+10
Bilangan Prandtl Pr
. μ k
=
1.0057
= = Pers 7-26, Holman hal 303 Bilangan Rayleigh Raf = = = Pers, 7-25 Holman hal 302 = Nu
hc
8.462E-06
Gr . Pr 7.1454E+10 2.3174E+07 C
x
C Nu
x
0.0262 0.000324323
= = =
0.333333333
Ra 0.59
= 0.59 168.2106
= =
x
Hol
x
Nu
2.3174E+07
.
k
L 168.2106
.
0.0262
1.5762 = Panas konveksi yang diserap isolasi : D = = = A
= =
2 .( R2 2 .( 1.601115
Qr
3.14
0.6096
+
m
.
hc . A . ( T3 - Ta ) 2.8004 110.9531 110.9531
=
ε.σ
.
= =
m
. W J/s A
0.9400 253.1986 = = =
qc
1.60112 2
7.9242
= = = =
Q loss
Δx
+
π.D.L
= Qc
W/m2.oC
2.8004
7.92419 =
. .
( 5.67E-08
W +
qr 110.9531 364.1517
Q masuk = Q konduksi = Q loss Qk
=
2
. ln
π R2 R1 k1
.
L +
2
=
.
3.14 0.6096 0.5524
ln =
.
100 W
364.1517
Beda Qk =
0.00000
T2
=
99.8997
Menentukan % panas yang dapat dicegah o C =
T2
=
99.9638
o
Suhu film ( Tf )
C
=
T2 + T4
=
2 99.8997
= = =
67.44987 340.59987
=
153.40977
Sifat-sifat fisis udara pada Tf
β
=
Δt
= = =
L
=
ρ
=
1.1391878
=
1.0064029
k μ
= =
0.02704727 1.10793E-05
1 = Tf T2 - Tf 99.89974749 32.4498737
1 67.450 o
=
0.014825825
67.44987375
C
Tinggi reaktor
=
Bilangan Grasshof Gr
g
=
β
.
μ 9.8000
= =
(T2 - Tf)
.
.
2
0.014825825
1.504E+11
Bilangan Prandtl Pr
. μ k 1.0064029
= = =
Bilangan Rayleigh Raf
. 0.02704727
0.00041
= = =
Gr . Pr 1.504E+11 6.20E+07
1.10793
Pers, 7-25 Holman hal 302 = Nu
Nu hc
C C
. = 0.10
= =
0.333333333
Ra 0.1
Hol
.
6.2001E+07
39.5792
= = =
Nu
.
k
L 39.5792
.
0.0270
.
W/m2.oC 1.5762
1.5762 = =
3.14
= qc
qr
. 5.4678
= = =
hc . A . (T2 - Ta) 39.5792
=
ε.σ.A
= =
0.6792 1.104799132 2
m
. 14012.65121
5.4678 W (
0.9400
. 3006.78506
Q loss tanpa isolasi
T2 5.669E-08 W
4
.
= = =
Persen panas yang dapat dicegah adalah % panas yang dapat dicegah
= = =
Tabel 4.1 Kern hal 72 =
W/m. C
0.16719
= = =
21.7480144 24.0000 0.8006
=
100
=
40
=
m
o
in in m
35
= =
0.552399566 0.6096
o
C
=
373.15
K
o
C
=
313.15
K
o
C
=
308.15
K
o
=
100
W/m. C
= =
0.1672 1.5762
W/m.oC m
=
Tabel 2 Kern hal 795 Tabel 2 Kern hal 795
7.5180
in
35
( Appendix 5 JP Holman )
0.0267
koefisien muai volume, Holman hal 297
1/F
pers 7-30 Holman, hal 304 (T3 - Ta)
x
L
3
0.0267
x
( 120 - 35)
x
3
1.5762
2
8.4620E-06
pers 5-39 Holman, hal 213
8.462E-06
3.2432E-04
Holman, hal 304 0.3333
2.3174E+07
0.0262
) 0.190957548 )
1.60112
.
1.5762
Holman, hal 32 7.92419
.(
399.4311443 4
Ta
313.15
308.15
)
kj/jam -
.
-
4
T3
.
7.924188053
+ W
) (
308.15
4
-
253.1986
= .(
T1 ln
R3 R2 k2
364.1517 T3
)
W Holman, pers 2-9 hal 30
1.5762
.(
373.15
0.8006 0.6096 0.1672
ln
→
313.15
)
OK
nas yang dapat dicegah 372.900
K
372.964
K
99.8997
+
35
2 67.44987 oC 340.59987 K 153.40977
o
F ( Appendix 5 JP Holman )
3
kg/m
kJ/kg.oC W/m.oC kg/m.s 1/oC
0.014825825
0.014825825
1.5762
m pers 7-30 Holman, hal 304
(T2 - Tf)
. .
L
3
32.4498737 2
1.1079E-05
1.10793E-05
.
.
0.000412252
1.5762
3
Holman, hal 304 0.333333333
6.2001E+07
0.0270
1.5762
(
-
372.8997475
Ta
4
5.4678
qc
+
(
qr 14012.65121 17019.43627
17019.43627 97.8604
-
308.15
)
) 372.8997475
4
-
+
Qloss tanpa isolasi - Qloss isolasi Qloss tanpa isolasi 364.1517 17019.4363 %
308.15
3006.78506
. .
100
%
m m 212 F 104 F
40
95 F
T
310.65 K
Holman, hal 32
313.15
hal 30
4
)
T
340.59987 K
4
)
100
%
Perhitungan Neraca Massa di Reaktor REAKTOR 1 A 1 2 3 4 5
NERACA MASSA Basis perhitungan Kapasitas pabrik Operasi pabrik selama setahun Produksi Ammonium Chloride Umpan reaktor :
1 jam operasi 25000 kg/tahun 330 hari 3156.5657 kg/jam
Komponen
BM
(NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O
132.0000 58.5000 142.0000 53.5000 18.0000
arus 3 kmol/jam 29.4925 0.0000 0.0000 0.0000 211.5538 241.0463
Total konversi 6 Reaksi yang terjadi di dalam reaktor : (NH4)2SO4 + mula2 30.9617 reaksi 29.4136 sisa 1.5481
220 0.9500 2NaCl
Na2SO4 64.7258 58.8272 5.8985
7 Komposisi produk :
output Komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total
B
BM 132.0000 58.5000 142.0000 53.5000 18.0000
arus 8 kmol/jam 1.5481 5.8985 33.3906 61.9201 149.6406
kg/jam 204.3472 345.0634 4741.4673 3312.7270 2693.5303 22071.2565
NERACA PANAS 1 Tujuannya: 1 Menghitung panas yang masuk dan keluar reaktor 2 Menghitung kebutuhan air pendingin untuk menjaga suhu reaktor tetap 2 Blok diagram neraca panas di reaktor
+
H2
H1 REAKTOR
Qr dengan
Qc
H1 H2 Qr Qp
Entalpi total reaktan masuk reaktor Entalpi total produk keluar reaktor Panas reaksi standar pada 298 K (-∆Hr) Panas yang harus diberikan untuk menjaga suhu reaktor konstan
3 Menghitung banyaknya panas yang harus didiberikan (Qp) Persamaan neraca panas di sekitar reaktor : Qp = H1 + Qr - H2 Dalam perhitungan digunakan suhu referensi = 25oC = 298 K a Menghitung entalpi reaktan masuk reaktor (H1) suhu umpan = 100 oC = 373 K persamaan : = A + BT + CT2 + DT3 Komponen masuk reaktor dari neraca massa : komponen (NH4)2SO4 NaCl Na2SO4 NH4Cl H2O Total panas masuk reaktor =
kj / kmol K
dT n dT 4960.2399 153577.4604 7853.7745 508341.4462 10402.8024 41371.9451 5251.6463 16242.8170 5634.4373 4215702.0994 4935235.7681 4935235.7681 kJ/jam
n (kmol/jam) 30.9617 64.7258 3.9770 3.09290 748.2029
b Menghitung entalpi produk keluar reaktor (H2) suhu keluar reaktor : 100 oC 373 Komponen keluar reaktor dari neraca massa : dT n dT komponen n (kmol/jam) (NH4)2SO4 1.5481 4960.2399 7678.8730 NaCl 5.8985 7853.7745 46325.6461 Na2SO4 33.3906 10402.8024 347355.9693 NH4Cl 61.9201 5251.6463 325182.6244 H2O 149.6406 5634.4373 843140.4199 Total 1569683.5327 Total panas keluar reaktor =
1569683.5327 kJ/jam
Menghitung panas yang dibawa uap Panas sensibel Tref =
komponen H2O
A 9.21E+01
Panas laten
komponen A H2O
52.053
298
B -4.00E-02
C -2.11E-04
D 5.35E-07
Hvap = A(1-T/Tc)^n Tc n 647.13 0.321
V, kmol 598.5623
Total panas penguapan = =
panas laten+panas sensibel 3557048.8743 kJ/jam
c Menghitung panas reaksi standar pada suhu 298 K data panas pembentukan standar : ∆Hr 298 = ∆Hf produk - ∆Hf reaktan ∆Hr 298 = (n Na2SO4 * ∆Hf Na2SO4 + n NH4Cl*∆Hf NH4Cl) - (n (NH4)2SO4* ∆Hf (NH4)2SO4 + n NaCl* komponen n (kmol/jam) ∆Hf, kcal/mol ∆Hf, kcal/jam (NH4)2SO4 29.4136 -279.33 -8216105.0780 NaCl 58.8272 -97.324 -5725301.3325 Na2SO4 29.4136 -330.82 -9730612.1143 NH4Cl 58.8272 -71.20 -4188498.7760 ∆Hr ∆Hr Keterangan Panas yang dibawa umpan Panas yang dibawa produk Panas penguapan Panas reaksi Panas yang dibutuhkan
22295.5202 kcal/jam 93288.8549 kJ/jam Input (kJ/jam) Output (kJ/jam) 4935235.7681 1569683.5327 3557048.8743 93288.8549 284785.4938 5220021.2619 5220021.2619
4 Mencari banyaknya steam yang dibutuhkan Q = m ∆H steam yang digunakan: T 180 P 198.54 H sat liquid 763.1 H sat vapour 2776.30 ∆H = 2013.2000 m = Q / ∆H steam yang dibutuhkan: 141.4591
oC kPa kJ/kg kJ/kg kJ/kg kg
SVA App.F HAL 690
ungan Neraca Massa di Reaktor
input arus 6
arus 3 kg/jam 3893.0100 0.0000 0.0000 0.0000 3807.9681 7700.9781
Na2SO4
kmol/jam 0.0000 61.9343 0.0000 0.0000 506.5529
kg/jam 0.0000 3623.1536 0.0000 0.0000 9117.9519
568.4871 12741.1055 22071.2565
+
arus 7 kmol/jam kg/jam 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 598.5623 10774.1212 22071.2565
u reaktor tetap
41.4268
kg/jam 193.9344 163.3028 564.7340 165.4702 541.7316 1629.1729
2NH4Cl 3.9770 29.4136 33.3906
output
arus 18 kmol/jam 1.4692 2.7915 3.9770 3.0929 30.0962
3.0929 58.8272 61.9201
uk menjaga suhu reaktor konstan
Coulson, vol 6, 1989
Carl & Yaws, 1999
K
T=
E
dHvap 39.5095
100
V, kmol 598.5623
Q 23648.8972
373 K
Q 5903.1450 3533399.9771
4Cl) - (n (NH4)2SO4* ∆Hf (NH4)2SO4 + n NaCl*∆Hf NaCl)
-3272263.3805
SVA App.F HAL 690
Related Documents g842
Reaktor 5x5dx
July 2020 0
Reaktor Kimia 1029k
July 2020 2
Ktk Reaktor 462a5f
April 2020 18
Reaktor Atom 504p25
December 2019 47
Reaktor Manual 3g92w
December 2019 80
Reaktor Alir Pipa Idealb b12h
November 2019 98More Documents from "Maria Gretalita Niken Winaputri" 735f5g
Reaktor 5x5dx
July 2020 0
Ppt Perilaku Kekerasan 5q5tg
November 2020 0
929
May 2020 8
Infertilitas Pada Wanita 2w3e1e
December 2020 0
Lp Spondilitis Tb 1c2t1s
August 2020 0