LAMPIRAN REAKTOR Sodium Dodekilbenzen Sulfonat Dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 Ton Per Tahun.

(1)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.

Wawan Kurniawan D 500100026

LAMPIRAN

REAKTOR

Fungsi : mereaksikan antara DDB dan oleum 20% menjadi DDBS.

Tipe reaktor : Reaktor CSTR

Kondisi operasi

1. Tekanan : 1 atm

2. Suhu : 46o_C

3. Konversi : 99%

Neraca massa umpan

Komposisi Massa,kg/jam F.berat BM kmol/jam F. mol

C12H25C6H5 9.663,6761 0,4417 246 39,2832 0,2330

C14H29C6H5 135,2523 0,0062 274 0,4936 0,0029

C10H21C6H5 1,9602 0,0001 218 0,009 0,0001

H2SO4 9.663,6761 0,4417 98 98,6089 0,5849

SO3 2.415,919 0,1104 80 30,199 0,1791

TOTAL 21.880,4838 1,0000 168,5938 1,0000

Menghitung densitas campuran

Komponen Massa ,kg/jam



, kg/m3 Fv, m3_/jam �_�

��, m 3_/kg

C12H25C6H5 9.663,6761 835,395 11,5678 _0,0005

C14H29C6H5 135,2523 838,243 0,1614 0,0000

C10H21C6H5 1,9602 837,547 0,0023 0,0000

H2SO4 9.663,6761 1.807,21 5,3473 0,0002

SO3 2.415,919 1.802,195 1,3405 0,0001

TOTAL 21.880,4838 18,4193 _0,0008

Menghitung kecepatan laju alir volumetrik ( Fv )

Fv =

3 kg/m densitas,

kg/jam massa,

(2)

Menghitung konsentrasi umpan

Konsentrasi DDB ( CAO ) =

jam / m 18,4193

kmol/jam

39,2832

3 = 2,1327 kmol/m

3

Konsentrasi oleum 20% ( CBO ) =

kmol/jam 18,4193

kmol/jam 99,6089

= 5,3536 kmol/m3

Ratio mol umpan masuk ( M ) =

AO BO

C C

= 2,5102

Menghitung konstanta kecepatan reaksi

Persamaan kecepatan reaksi dapat ditulis

Dengan k = konstanta kecepatan reaksi

Diketahui:

CAO = 2,1327 kmol/m3

CBO = 5,3536 kmol/m3

M = 2,5102

XA = 0,99

Untuk t = 2 jam (Groggins, 1958)

k = 0,637 m³/kmol.jam

Optimasi Reaktor

Menghitung jumlah reaktor

a. Menggunakan 1 RATB

Reaktor 1

diperoleh:

B AC

kC  

 



dt dt dC ) rA

( A dCB

   

 

  



) 1 ( . ) 1

( _A

A

X M

X M Ln t M

AO

C 1 k

) )(

1 (

)

1

1 A

A

AO X M X

kC  



 A1 A0

1

(3)

XA0 = 0

XA1 = 0,99 V1 = 882,8808

b. Menggunakan 2 RATB

Reaktor 1

c. Menggunakan 3 RATB

Reaktor 1 Reaktor 3

d. Menggunakan 4 RATB

(4)

Reaktor 2 Reaktor 4

Diperoleh:

XA0 = 0

XA1 = 0,699 V1 =18,6145

XA2 = 0,9046 V2 = 18,6145

XA3 = 0,96938 V3 = 18,6145

XA4 = 0,99 V4 = 18,6145

n XA1 XA2 XA3 XA4 Volume (m3)

1 0,99 882,8808

2 0,9017069 0,99 77,3198

3 0,79294 0,9547677 0,99 30,2326

4 0,699 0,9046 0,96938 0,99 18,6145

Menghitung Dimensi Reaktor

Bentuk reaktor = vessel dengan formed head

Untuk operasi 15-200 psig dipilih torespherical dished head (Brownell, 1959)

1. Diameter dan tinggi reaktor

Menggunakan 1 RATB

- Diketahui volume reaktor = 882,8808 m3 x ₃

3

m 0,02832

ft 1

= 31.197,2024 ft3

- Volume cairan = 1,2 x 31.197,2024 ft3 (over design 20%)

= 37.436,643 ft3

_{= 1.059,457}_m3

Pengambilan H/D diusahakan mendekati 1, karena jika H/D terlalu besar

atau terlalu kecil maka:

- Pengadukan tidak sempurna

- Ada gradien konsentrasi dalam reaktor

- Distribusi panas tidak merata

) )(

1 (

)

2

2 A

A

AO X M X

kC  



 A2 A1

2

X (X Fv V

) )(

1 (

)

4

4 A

A

AO X M X

kC  

  Fv(XA4 XA3

(5)

D : H = 1 (Brownell, 1959)

Volume shell = D H

4

2 

= 3

D 4



D = 3 4Vshell



= 3 4 x 1.059,457

 = 11,0484 m

= 434,9772 in

Volume dish = 0,000049 Ds3

Dimana:

Ds = diameter shell, in

Vdish = 0,000049 x (434,9772 )3

= 4.032,697in3

Vsf =

144 sf D 4

2 

diambil sf = 2

Vsf =

144 2 x ) 434,9772 (

x 4

2 

= 2.062,862in3

Sehingga,

Vhead = 2 (Vdish + Vsf )

= 2 x (4.032,697+ 2.062,862)

= 12.191,1177 in3

= 345,2525 m3

Vreaktor = Vshell + Vhead

= 1.059,457m3 + 345,2525 m3

(6)

Untuk menentukan jumlah reaktor digunakan optimasi. Dari fig 13-15, Peter hal

268 dapat diperoleh harga reaktor untuk mempertimbangkan jumlah reaktor

dengan harga yang minimal.

Untuk V = 10 m3 harganya $ 70.000

Dimana harga alat = $ 70.000

6 , 0

10 Vi

     

= $ 70.000

6 , 0

10 1.404,7094

   

 

= $ 1.360.347,7491

Dengan cara yang sama dapat dihitung diameter, volume dan harga reaktor untuk

2,3 dan 4 RATB

N Vshell,m3 _D,m _D,in _Vhead_,in3 _Vhead_,m3

1 1.059,4570 11,0484 434,9772 12.191,1177 345,2525

2 92,7838 4,9068 193,1811 1.520,2732 43,0541

3 36,2791 3,5882 141,2667 711,4357 20,1479

4 22,3374 3,0526 120,1818 485,0637 13,7371

Vreaktor,m3 _{U$/ reaktor} _{U$/ total}

1.404,7094 1.360.347,7491 1.360.347,7491

135,8379 334.896,5394 669.793,0788

56,4270 197.692,5254 593.077,5761

36,0745 151.153,5394 604.614,1575

400000,0000 500000,0000 600000,0000 700000,0000 800000,0000 900000,0000 1000000,0000 1100000,0000

(7)

Berdasarkan grafik yang ada maka digunakan 3 reaktor dengan spesifikasi

sebagai berikut:

Spesifikasi tiap reaktor

- Diameter : 3,5882 m

- Tinggi shell : 3,5882 m

- Volume shell : 36,2791 m3

- Volume head : 20,1479 m3

- Volume reaktor : 56,4270 m3

- x : 0,99

- Volume cairan : 36,2791 m3

- Volume bottom : 0,5x 20,1479 m3

: 10,0739 m3

- Volume cairan dalam shell : 36,2791 - 10,0739

: 26,2052 m3

- Tinggi cairan dalam shell : 4 ₂

D xVshell



: 2,5928 m

1.Tebal dinding reaktor

Reaktor terdiri atas dinding (shell), tutup atas dan tutup bawah (head)

Head atas dan head bawah berbentuk torispherical

Bahan untuk reaktor = stainless stell 310-A151, dengan pertimbangan cairan

bersifat korosif.

ts =

P fE

i 6 , 0 Pr

 + C

dimana:

ts = tebal shell, in

E = efisiensi pengelasan = 0,85

f = maksimum allowable stress bahan yng digunakan: 13.750 psi

(8)

ri = jari-jari dalam shell = D/2 = 141,2667/ 2 = 70,6333 in

C = faktor koreksi = 0,125 in

P = tek. design = Poperasi + Phidrostatis

Pop = 1 atm = 14,7 psi

Phidrostatis = campg_gcxh dimana g/gc = 1

H = tinggi cairan = 2,5928 m = 8,5066 ft

Jadi Phidrostatis = 1.187,9096 kg/m3 x 2,5928 m

= 3.080,025 kg/m2

= 4,372 psi

Pdesign = 14,7 psi + 4,372 psi

= 19,072 psi

t shell =

P fE

i 6 , 0 Pr

 + C

= 0,2404 in

dipilih t shell = ¼

2. Jenis dan Ukuran Head

Dipilih jenis “ Torispherical dished head”, karena dengan tekanan 14,7 psia tangki memenuhi persyaratan.

Persamaan

W = ¼ x _

  

  

 irc

rc

3

th =

P E f

W rc P

2 , 0 . . 2

. .

 + C

dimana:

rc = Jari-jari dish, in

(9)

W = faktor intensifiksi tegangan untuk jenis head

Sehingga asumsi awal, tebal dinding head  tebal shell

Dari tabel 5-7 Brownell & Young untuk

OD = (2 x r ) + ( 2 x tebal shell )

= (141,2667) + ( 2 x 1/4 )

= 141,77 in

Diambil OD standart = 144 in (Brownell hal 89, 1959)

Diperoleh

r = 132 in

icr = 8 3/4

W = 1,7210 in

th = 0,3104 in

dipakai plat dengan tebal standar = 5/16 in

sehingga dari tabel 5-6 Brownell hal 350 untuk th = 5/16 in

diambil Sf standar = 2 in

a = ID/2 = 70,6334 in

AB = ID/2 – irc = 61,8834 in

BC = r- irc = 123,25 in

AC = BC2 AB2= 106,5880 in

b = r – AC = 25,4120 in

OA = b + th + sf = 27,7245 in

= 0,7042 m

Tinggi reaktor = 2 tinggi head + tinggi shell

(10)

3. Menghitung Ukuran dan Power Pengaduk

Keterangan

ID : diameter dalam pengaduk

Di : diameter pengaduk

L : panjang sudut pengaduk

W : lebar sudut pengaduk

E : jarak pengaduk dengan dasar tangki

J : lebar baffle

H : tinggi cairan

Digunakan pengaduk jenis turbin dengan 6 sudut (six Blades Turbine),

karena turbin memiliki range volume yang besar dan dapat digunakan untuk

kecepatan putaran yang cukup tinggi.

H

L

Di

Dt

E Sf t

r

C a

O D ID

O A

b

ic A

(11)

Data pengaduk diperoleh dari Brown “Unit Operation “ hal. 507.

Di / ID = 1/3 B / ID = 1/12

W / Di = 1/5 E / Di = 1

L / Di = 1/4

Ukuran pengaduk:

 Diameter pengaduk (Di)

Di = 3 ID ₌

3 5882 ,

3 _{= 1,1961 m = 3,9241 ft = 47,0889 in}

 Tinggi pengaduk (W)

W = 5

Di₌

5

1,1961 _{= 0,2392 m}

 Lebar pengaduk (L)

L = 4

Di

= 4

1,1961 _{= 0,2990 m}

 Lebar baffle (B)

B = 12

ID ₌

12 5882 ,

3 _{= 0,2990 m}

 Jarak pengaduk dengan dasar tangki (E)

Di E

= 0,75 – 1,3; dipilih 1

E = 1 x 1,1961 = 1,1961 m

 Kecepatan putar pengaduk (N)

N = d . 600

 2.d WELH

(Rase, 1977)

WELH = ZL x Sg

Dimana: N = kecepatan putar pengaduk, rpm

d = diameter pengaduk, ft

ZL = tinggi cairan dalam tangki, m

Sg = specific gravity

WELH = Water Eqiuvalent Liquid Height, ft

(12)

ρcairan =

Zl = tinggi cairan dalam shell

= 2,5928 m = 8,5066 ft

WELH = 2,5928 m x 1,188 = 3,08 m = 10,1051 ft

Jumlah pengaduk = ID

Kecepatan putar pengaduk:

N =

 Menghitung Power Pengaduk (P)

(13)

= 9.383,4136

Dari fig. 8.7 rase, hal.348, diperoleh Np = 6

P =

lbf s lbm ft

ft x

rps x

ft lbm x

. / . 2 , 32

) 9241 , 3 ( ) 9209 , 0 ( ) / 1588 , 74 ( 6

2

5 3

3

= 10.041,5740 ft.lbf/s = 18,2574 Hp

Effisiensi motor penggerak (η) = 88 %

Daya penggerak motor = 

P

= 88 , 0 18,2574

= 20,7471 Hp

Maka dipakai motor dengan daya = 25 Hp (NEMA)

4. Perancangan Pendingin

1.

Reaktor 1

Komponen Panas masuk, kJ/jam Panas keluar,kJ/jam

C12H25C6H5 442.180,6939 91.557,9345

C14H29C6H5 69,375 69,375

C10H21C6H5 6.886,589 6.886,589

H2SO4 291.041,9758 288.237,3013

SO3 162.751,4674

H2O 1.503,698

C12H25C6H4.SO3H 560.593,042

Panas reaksi 4.660.936,351

Panas pendingin 4.615.018,513

Total 5.563.866,453 5.563.866,453

Menghitung dimensi pendingin

Suhu fluida panas reaktor = 46o_{C = 114,8}o_F

Suhu fluida dingin masuk = 30o_{C = 86}o_F

Suhu fluida dingin keluar = 40o_{C = 104}o_F

Fluida panas reaktor Fluida dingin T

(14)

114,8 Lower temp 104 10,8

     

  

8 , 10

8 , 28 ln

8 , 10 8 , 28

LMTD

T

= 18,3518

Menghitung luas transfer panas

Untuk fluida panas light organik dan fluida dingin air

UD = 75-150 Btu/ft2.oF. jam (Kern, 1983)

diambil harga UD = 150 Btu/ft2.oF. jam

Q = 4.615.018,513 Kj = 4.374.425,131 Btu

A = T U

Q

D

=

x18,3518 150

131 4.374.425,

= 1.589,098 ft2

Menghitung luas selubung reaktor

A =  . D . L

=  . 3,5882 . 3,5882

= 435,1580 ft2

Perancangan Koil Pendingin

 Menghitung Koefisien Transfer Panas

Nilai koefisien perpindahan panas pada RATB dengan baffle dan

didinginkan dengan koil dipakai persamaan 20.4 Kern, halaman 722.

hC =

Dt k . 87 ,

0 _L2_._N_. 2/3

   

 



 1/3

k . Cp

  

  0,14

w

      

(15)

Dimana,

14

hC = koefisien transfer panas cairan, Btu/jam.ft2.oF

Dt = diameter reaktor = 11,7722 ft

k = konduktivitas panas = 0,38 Btu/jam.ft. o_F

Cp = kapasitas panas larutan = 1,048 btu/lb.oF = 1,048 kkal/kg.oC

L = dimeter putar pengaduk = 3,9241 ft

N = kecepatan putar pengaduk = 0,9209 rps = 3.315,2885 rph

ρ = densitas campuran = 74,1588 lb/ft3

µ = viskositas campuran = 0,0045187 lb/s.ft = 16,2674 lb/jam.ft

µw = viskositas air

 Menghitung Kebutuhan Air Pendingin

Sebagai pendingin digunakan air dengan suhu masuk (T1) = 30oC (86oF)

(16)

Qp = 4.615.018,5 kj/jam = 1.103.016 kkal/jam = 4.374.425 Btu/jam

Kebutuhan air pendingin, Wt =

) T T .( Cp

Qp

1 2 

=

C C

kg kkal

jam kkal

   .(40 30) .

/ 048 , 1

/ 1.103.016

= 105.249,61 kg/jam

= 232.075,39 lb/jam

Debit air pendingin, Fvp = 

Wt

= ₃

lb/ft 62,0729

/ 232.075,39lb jam

= 3.738,7553 ft3_/jam

 Menghitung Luas Penampang Aliran (A)

Harga kecepatan untuk cairan dalam pipa = 1,5 – 2,5 m/s (Coulson, 2005)

Dipilih harga kecepatan cairan (v) = 2,5 m/s = 29.527,56 ft/jam

A = v Fvp₌

4

 _(ID)2

ID = v . Fvp . 4



=

jam ft x

/ 56 , 527 . 29

/ 3.738,7553

4 3



= 0,4016 ft = 0,12245 m = 4,8207 in

Dipakai koil standar 6 in. Dari tabel 11, Kern hal.844. Sehingga didapat:

OD = 6,625 in = 0,5521 ft

ID = 6,065 in = 0,5054 ft

Luas penampang, A’ = 28,9 in2 = 0,2007 ft2

Luas perpindahan panas/panjang, A” = 1,734 ft2/ft

 Menghitung Mass Velocity (V)

(17)

= ₂

 Menghitung hi dan hi0

Re dalam pipa, Ret =

0,5054 2

 Menghitung Harga LMTD

(18)

 Menghitung Uc dan Ud

 Clean Overall Coefficient (Uc)

Uc =

Dari table 12 Kern diambil harga Ud 150 Bu/jam F ft2

Rd =

 Menghitung Luas Perpindahan Panas

A =

UdxLMTD Qp

= 1.589,0978 ft2

 Menghitung Panjang Koil

L =

 Menentukan Jumlah Lengkungan Koil

y C

B A

(19)

Diameter helix, DC = 0,8 x (ID reaktor) = 0,8 x 11,7722 ft = 9,4178 ft = 2,8705 m

AB = DC = 9,4178 ft = 2,8705 m

Jarak antar gulungan koil, y = OD koil = 0,2761 ft = 0,0842 m

BC = y = 0,2761 ft = 0,0842 m

AC = (AB)2 (BC)2

= (9,4178)2 (0,0842)2

= 9,4194 ft = 2,8718 m

Keliling busur AB = ½ x π x AB = ½ x π x 9,4178 ft = 14,7821 ft = 4,5067 m

Keliling busur AC = ½ x π x AC = ½ x π x 9,4194 ft = 14,7885 ft = 4,5087 m Keliling lingkaran koil = keliling busur AB + keliling busur AC

= 14,7821 ft + 14,7885 ft

= 29,5782 ft = 9,0154 m

Jumlah lengkungan koil (N) =

5782 , 29 916,435

= 30,9 ≈ 31 lilitan

Tinggi tumpukan koil = y x N = 0,276 ft x 31 = 2,8613 m

Koil tidak tercelup seluruhnya dalam cairan, karena tinggi koil lebih tinggi dari

tinggi cairan (2,8613 m > 2,593 m)

Tinggi cairan setelah ada koil (ZC)

ZC =

Areaktor Vkoil Vcairan 

= ₂

2

xID x 25 , 0

) xL xOD x 25 , 0 ( Vc

  

= ₂

2 3

) 5882 , 3 ( 25 , 0

) 279,4 )

1683 , 0 ( 25 , 0 ( 2791 , 36

x x

m x

x m

  

= 4,2 m

(20)

Faktor friksi, f = 0,0035 + ₀_,₄₂

t)

(Re 264 , 0

(Kern, 1983)

= 0,0035 + ₀_,₄₂

) 301.882,5 (

264 , 0

= 4,818.10-3

∆P =

t xIDxSx 10

. 22 , 5

xL fxGt

10 2



Dimana: S = spesifik gravity = 62,158 lb/ft3

L = panjang koil = 916.435 ft

Gt = 1.156.361,79 lb/jam.ft2

f = faktor friksi = 4,818.10-3

фt =

19 , 0

W 

   



 _{= 1}

∆P =

1 158 , 62 5054 , 0 10 . 22 , 5

916,435 )

79 1.156.361, (

10 . 818 , 4

10

2 3

x x

x

x x



= 3,6 psi

Syarat ∆P cairan dalamtube< 10 psi, maka ∆P = 3,6 psi memenuhi syarat.

2. Reaktor 2

Komponen Panas masuk, Kj/jam Panas keluar,Kj/jam

C12H25C6H5 91.557,93449 76.741,3245

C10H21C6H5 6.886,5895 6.886,5895

C14H29C6H5 69,3755 69,3755

H2SO4 288.237,3013 284.352,2597

H2O 1.503,698 3.586,623

C12H25C6H4SO3H 560.593,042 584.282,5722

panas reaksi 965.093,4809

panas pendingin 958.022,6769

Total 1.913.941,421 1.913.941,421

(21)

Menghitung Koefisien Transfer Panas

didinginkan dengan koil dipakai persamaan pada eq. 20.4 Kern, p.722.

hC =

Dimana,

14

k = konduktivitas panas = 0,38 Btu/jam.ft. o_F

Cp = kapasitas panas larutan = 1,048 btu/lb.o_{F = 1,048 kkal/kg.}o_C

µw = viskositas air

(22)

ρ = 1.018,27 kg/m3_{= 62,0729 lb/ft}3

µ = 0,733 cP = 1,936 lb/ft.jam

Cp = 1,048 kkal/kg.o_C

k = 0,356 Btu/jam.ft2_.o_F

Panas yang diambil pendingin,

Qp = 908.078,4 Btu/jam = 228.972,9 kkal/jam

) T T .( Cp

Qp

1 2 

=

C C

kg kkal

jam kkal

   .(40 30) .

/ 048 , 1

/ 228.972,9

= 21.848,561 kg/jam

= 48.176,076 lb/jam

Wt

= ₃

/ 0729 , 62

/ 48.176,076

ft lb

jam lb

= 776,1209 ft3/jam

Menghitung Luas Penampang Aliran (A)

A = v Fvp₌

4

 _(ID)2

ID = v . Fvp . 4



=

jam ft x

/ 56 , 527 . 29

/ 776,1209

4 3



= 0.183 ft = 0,0558 m = 2,196 in

Dipakai koil standar 2,5 in. Dari tabel 11, Kern halaman 844. Sehingga didapat:

(23)

ID = 2,469 in = 0,06271 m = 0,206 ft

A’ = 4,79 in2 _{= 0,03326 ft}2

A” = 0,753 ft2

/ft

Gt = ' A Wt

= ₂

03326 , 0

/ 48.176,076

ft jam lb

= 1.448.299,57 lb/jam.ft2

V = 

Gt

= ₃

2

/ 0729 , 62

. / 57 1.448.299,

ft lb

ft jam lb

= 23.332,2364 ft/jam = 6,481 ft/s



IDxGt

=

ft jam lb

ft jam lb ftx

. / 9360 , 1

. / 57 1.448.299,

0,206 2

= 153.919,234

Untuk T = 95o_{F diperoleh hi = 1.500 Btu/jam.ft}2_. o_{F. Dari fig. 25, Kern.}

hi0 = hi x

OD ID

= 1.500 Btu/jam.ft2_. o_{F x}

ft ft 24 , 0

206 , 0

= 1.285,9375 Btu/jam.ft2. oF

Suhu reaktor masuk = 46o_{C = 114,8}o_F

Suhu reaktor keluar = 46oC = 114,8oF

(24)

Suhu air keluar = 40o_{C = 104}o_F

Uc =

A =

UdxLMTD Qp

= 494,8166 ft2

(25)

AB = DC = 9,4178 ft = 2,8705 m

Jarak antar gulungan koil, y = OD koil = 0,07315 m = 0,24 ft

BC = y = 0,07315 m = 0,24 ft

AC = ₍_AB₎2 ₍_BC₎2

= ₍₉_,₄₁₇₈₎2 ₍₀_,₂₄₎2

= 9,416 ft = 2,871 m

Keliling busur AC = ½ x π x AC = ½ x π x9,416 ft = 14,7833 ft = 4,5071 m

Keliling lingkaran koil = keliling busur AB + keliling busur AC

= 14,782 ft + 14,7833 ft

= 29,565 ft = 9,0139 m

565 , 29 657,127

= 22,226 ≈ 23 lilitan

Tinggi tumpukan koil = y x N = 0,24 ft x 23 =0,9512 m

Koil tercelup seluruhnya dalam cairan, karena tinggi koil lebih rendah dari tinggi

cairan (0,9512 m < 2,2069 m)

y C

B A

(26)

ZC =

= ₂

 Menghitung PressureDrop Koil

Faktor friksi, f = 0,0035 + ₀_,₄₂

Syarat ∆P cairan dalamtube< 10 psi, maka ∆P = 2,765 psi memenuhi syarat.

3. Reaktor 3

Komponen Panas masuk, Kj/jam Panas keluar,Kj/jam

C12H25C6H5 76.741,324 4.421,806

(27)

C14H29C6H5 69,375 69,375

H2SO4 284.352,2597 265.389,4651

H2O 3.586,623 13.753,3313

C12H25C6H4SO3H 584.282,5722 699.910,6006

panas reaksi 808.914,6226

panas pendingin 774.402,198

Total 1.764.833,367 1.764.833,367

Perancangan Koil Pendingin

didinginkan dengan koil dipakai persamaan pada eq. 20.4 Kern, p.722.

hC =

Dimana,

14

k = konduktivitas panas = 0,38 Btu/jam.ft. oF

Cp = kapasitas panas larutan = 1,048 btu/lb.oF = 1,048 kkal/kg.oC

(28)

= 377,546 Btu/jam.ft2_.o_F

Sebagai pendingin digunakan air dengan suhu masuk (T1) = 30oC (86oF)

dan suhu keluar (T2) = 40oC (104oF)

Tf =

2 104

86 _{= 95}o_F

Sifat-sifat air pada Tf = 95oF adalah:

ρ = 1.018,27 kg/m3_{= 62,0729 lb/ft}3

µ = 0,733 cP = 1,936 lb/ft.jam

Cp = 1,048 kkal/kg.o_C

k = 0,356 Btu/jam.ft2.oF

Panas yang diambil pendingin,

Qp = 734.030,5195 Btu/jam = 185.086,5674 kkal/jam

) T T .( Cp

Qp

1 2 

=

C C

kg kkal

jam kkal

   .(40 30) .

/ 048 , 1

/ 74 185.086,56

= 17.660,932 kg/jam

= 38.942,355 lb/jam

Wt

= ₃

/ 0729 , 62

/ 38.942,355

ft lb

jam lb

= 627,365 ft3_/jam

(29)

A = v Fvp₌

4

 _(ID)2

ID = v . Fvp . 4



=

jam ft x

jam ft

x

/ 56 , 527 . 29

/ 627,365

4 3



= 0,1645 ft = 0,05 m = 1,975 in

Dipakai koil standar 2 in. Dari tabel 11, Kern hal.844. Sehingga didapat:

OD = 2,38 in = 0,0604 m = 0,1983 ft

ID = 2,067 in = 0,0525 m = 0,1723 ft

A’ = 3,38 in2 = 0,0235 ft2

A” = 0,622 ft2

/ft

Gt = ' A Wt

= ₂

0235 , 0

/ 38.942,355

ft jam lb

= 1.673.940,04 lb/jam.ft2

V = 

Gt

= ₃

2

/ 0729 , 62

. / 04 1.673.940,

ft lb

ft jam lb

= 26,967,3245 ft/jam = 7,491 ft/s



IDxGt

=

ft jam lb

ft jam lb ftx

. / 9360 , 1

. / 04 1.673.940,

0,1723 2

= 148.933,973

(30)

hi0 = hi x

Suhu reaktor masuk = 46oC = 114,8oF

Uc =

A =

UdxLMTD Qp

(31)

L = " A Adesain

=

ft ft

ft

/ 622 , 0

266,6513 2

2

= 428,7 ft

AB = DC = 9,4178 ft = 2,8705 m

Jarak antar gulungan koil, y = OD koil = 0,0604 m = 0,1983 ft

BC = y = 0,0604 m = 0,1983 ft

AC = (AB)2 (BC)2

= ₍₉_,₄₁₇₈₈₎2 _₍₀_,₁₉₈₃₎2

= 9,4183 ft = 2,8707 m

Keliling busur AC = ½ x π x AC = ½ x π x 9,4183 ft = 14,783 ft = 4,507 m Keliling lingkaran koil = keliling busur AB + keliling busur AC

= 14,7821 ft + 14,783 ft

= 29,5726 ft = 9,0137 m

Jumlah lengkungan koil (N) = 57 , 29 428,7

= 14,5 ≈ 15 lilitan

y C

B A

(32)

Koil tercelup seluruhnya dalam cairan, karena tinggi koil lebih rendah dari tinggi

cairan (0,544 m < 2,2069 m)

ZC =

= ₂

 Menghitung PressureDrop Koil

(33)

NETRALISER

Tugas : Menetralkan DDBS menjadi SDBS dengan menggunakan NaOH 20%.

Jenis : Silinder tegak berpengaduk yang dilengkapi dengan koil pendingin.

Kodisi : Eksotermis, T = 55°C, P = 1 atm

1. Menghitung kecepatan volumetrik umpan

Komponen kg/jam

fraksi

massa BM kmol/jam

fraksi

mol p,kg/m3

FV,

m3/jam

C12H25C6H5 96,637 0,004 246 0,393 0,001 829,65 0,1165

C10H21C6H5 135,252 0,006 218 0,620 0,002 831,26 0,1627

C14H29C6H5 1,960 0,000 274 0,007 0,000 832,6 0,0024

H2SO4 440,596 0,019 98 4,496 0,016 1.796,03 0,2453

H2O 124,271 0,005 18 6,904 0,025 999,71 0,1243

C12H25C6H4SO3H 12.677,932 0,559 326 38,889 0,138 916,06 13,84

NaOH 20% 9.187,329 0,405 40 229,683 0,817 1.898,42 4,84

22.663,976 1,000 280,993 1,000 19,3302

Komponen kg/jam fraksi massa (x) Cp x*

C12H25C6H5 96,637 0,004 2,4717 0,0105

C10H21C6H5 135,252 0,006 1,85 0,01104

C14H29C6H5 1,960 0,000 3,45 0,000299

H2SO4 440,596 0,019 9,42 0,1831

H2O 124,271 0,005 0,51 0,002784

C12H25C6H4SO3H 12.677,932 0,559 11,19 6,2608

NaOH 20% 9.187,329 0,405 1,554 0,6299

(34)

Wawan Kurniawan D 500100026 2. Menghitung Volume Netraliser

Kecepatan volumetris umpan

Fv = 19,3302 m3_/jam.

Waktu tinggal = 1,5 jam (Grogins, 1958)

Konsentrasi dbsa (Cao) = 2,2838 kmol/m3

Konsentrasi NaOH 20% ( Cbo)= 13,4884 kmol/m3

ratio mol umpan masuk (M) = 5,9061

Konversi (XA) = 0,95

Menghitung konstanta kecepatan reaksi kimia

Persamaan keceptan reaksi dapat ditulis

k = 0,1678 m³/kmol.jam

menghitung volume netraliser

XA0 = 0

XA1 = 0,95

Volume reaktor = 170,3354 m³

Perancangan yang dibuat ini memilih over design 20 %, sehingga volume cairan

menjadi:

Vcairan = 1,2 x 170,3354 m3= 204,4025 m3

Pengambilan H/D diusahakan mendekati 1, karena jika H/D terlalu besar

atau terlalu kecil maka:

- Pengadukan tidak sempurna

B AC

kC  

 



dt dCB

dt dCA -) rA (

   

 

  



) 1 ( . ) 1

( _A

A

X M

X M Ln t M

AO

C 1 k

) )(

1 (

)

1

1 A

A

AO X M X

kC  



 A1 A0

1

(35)

- Ada gradien konsentrasi dalam reaktor

- Distribusi panas tidak merata

D : H = 1 (Brownell, 1959)

Jenis head dipilih teorispherical flanged and dished head, karena operasi pada

tekan atmosferis dan harganya murah.

Volume shell = D H

4

2 

= 3

D 4



D = 3 4Vshell



= 3 4 x 204,4025

 = 6,00 m

= 236,156 in

H = 6,00 m

Volume dish = 0,000049 Ds3

Dimana:

Ds = diameter shell, in

Vdish = 0,000049 x (236,156)3

= 645,3488ft3

Vsf =

144 sf D 4

2 

diambil sf = 2

Vsf =

144 2 x ) 236,156 (

x 4

2 

= 608,046ft3

Sehingga,

Vhead = 2 ( Vdish + Vsf )

(36)

= 2.506,7887 ft3

= 70,99 m3

Vnetraliser = Vshell + Vhead

= 204,4025 m3_{+ 70,99 m}3

= 275,3948 m3

Volume bottom = 0,5 x 70,99 m3 _{= 35,5 m}3

Volume cairan dalam shell, Vc = 204,4025 – 35,5 = 168,9064 m3

Tinggi cairan dalam shell, L = ₂

D .

Vc . 4



= ₂

) 6 (

9064 , 168 4

x x



= 5,98 m

3. Menghitung Tebal Dinding Netraliser (Shell₎

Dipilih dinding dengan jenis Stainless Steel SA 302, Grade A

tS =

P . 6 , 0 E . f

r . P

 + C (brownell, 1959)

Dimana : tS = tebal dinding tangki minimum, in

P = tekanan design, psi

r = jari-jari tangki, in = 118,078 in

f = tekanan maksimum yang diijinkan = 18.750 psi

E = effisiensi penyambungan = 0,85

C = faktor korosi, 1/8 in = 0,125 in

P design = P reaksi + P hidrostatis

P reaksi = 1 atm = 14,7 psi

Phidrostatis = xh

gc g camp

 dimana g/gc = 1

H = tinggi cairan = 5,98 m = 19,62 ft

(37)

= 7.959,35 kg/m2

= 11,297 psi

P design = 14,7 + 11,297 = 25,99 psi

tS = 0,125

99 , 25 6 , 0 85 , 0 750 . 18

078 , 118 99 , 25



 x

x x

= 0,3178 in

Dipilih tebal standar 8 3

in

OD = ID + 2 tS

= 236,156 + 2 x 0,375

= 236,792 in

Standarisasi dari tabel 5.7 Brownell, hal.90, didapat:

OD = 240 in ; icr = 14,4375 in ; r = 180 in

4. Menghitung Ukuran Head

Untuk menghitung tebal head digunakan persamaan:

tH = C

P . 1 , 0 E . f

r . P . 885 , 0

 

= 0,125

99 , 25 1 , 0 85 , 0 750 . 18

078 , 118 99 , 25 885 , 0



 x

x

x x

= 0,2955 in

Dipilih tebal standar 16

5 _in

OD = ID + 2 tH

= 236,156 + 2 x 0,3125

= 236,7813 in

Standarisasi dari tabel 5.7 Brownell, hal.91, didapat:

(38)

a = 0,5 x ID

= 0,5 x 236,156 in = 118,0781 in

AB = a - icr

= 118,0781 – 14,4375 = 103,6406 in

BC = r – icr

= 180 – 14,4375 = 165,5625 in

AC = (BC)2 (AB)2

= (165,5625)2 (103,6406)2

= 129,1107 in

b = r – AC

= 180 – 129,1107 = 50,8893 in

Dari tabel 5.8 Brownell, hal.93, didapat sf = 2 in

OA = tH + b + sf

= 0,3125 + 50,8893 + 2 = 53,2018 in = 1,3513 m

Jadi tinggi netraliser total = 7,3315 m

5. Menghitung Ukuran dan Power Pengaduk

Digunakan pengaduk jenis turbin dengan 6 sudu (six Blades Turbine),

karena turbin memiliki range volume yang besar dan dapat digunakan untuk

kecepatan putaran yang cukup tinggi

Data pengaduk diperoleh dari Brown “Unit Operation “ hal. 507.

Ukuran pengaduk:

 Diameter pengaduk (Di)

Di = 3 ID

= 3

6_{= 2 m = 6,5599 ft}

 Tinggi pengaduk (W)

W = 5

Di₌

5 2

= 0,3999 m

 Lebar pengaduk (L)

L = 4

Di

= 4

(39)

 Lebar baffle (B)

B = ID/12 = 6/12 = 0,5 m

 Jarak pengaduk dengan dasar tangki (E)

Di

E _{= 0,75}_–_{1,3; dipilih 1}

E = 1 x Di = 1 x 1,9995 = 1,9995 m

 Kecepatan putar pengaduk (N)

N = d . 600

 2.d WELH

(Rase, 1977)

WELH = ZL x Sg

Dimana: N = kecepatan putar pengaduk, rpm

d = diameter pengaduk, ft

ZL = tinggi cairan dalam tangki, ft

Sg = specific gravity

WELH = WaterEqiuvalent Liquid Height, ft

Kecepatan ujung pengaduk 600-900 rpm (pheriperal speed) (Rase, 1977)

ρcairan =

Fv Massatotal

=

jam m

jam kg

/ 0282 , 17

/ 976 , 663 . 22

3

= 1.330,9663 kg/m³ = 83,159 lb/ft3

Sg = _

  

 

 

air cairan

= _

  

 

3 / 000 . 1

3 / 9663 , 330 . 1

m kg

= 1,33

ZL = tinggi cairan dalam shell (L) = 5,9984 m

WELH = 1,33 x 5,9984 m = 7,9836 m = 26,1930 ft

Jumlah pengaduk = ID WELH₌

6 9836 , 7

= 1,3310 ≈ 1 buah

Kecepatan putar pengaduk:

N =

ft x

menit ft

5599 , 6

/ 600



x ft

ft

5599 , 6 2

(40)

= 41,1580 rpm = 0,6860 rps

Menghitung Power Pengaduk (P)

Dari Brown “Unit Operations” hal.508 diperoleh persamaan:

P =

C 3 3

g d . N . . Np

Dimana : P = daya pengaduk, lb.ft/s

Np = power number

N = kecepatan putar pengaduk = 0,6860 rps

ρ = densitas campuran = 83,1588 lbm/ft3

d = diameter pengaduk = 6,5599 ft

gC = gravitasi = 32,17 ft.lbm/s2.lbf

µ campuran= 7,0985 cP = 4,77.10-3_lb/s.ft

NRe =

 

. d .

N 2

=

3 -4,77.10

83,1588 )

5599 , 6 ( 6860 ,

0 x 2x

= 20.748,587

Dari fig. 477 Brown, hal.507, diperoleh Np = 3

P =

lbf s lbm ft

ft x

rps x

ft lbm x

. / . 17 , 32

) 5599 , 6 ( ) 6860 , 0 ( ) / 1588 , 83 ( 6

2

5 3

3

= 30.378,4390 ft.lbf/s = 55,2335 Hp

Effisiensi motor penggerak (η) = 88 %

Daya penggerak motor = 

P

= 88 , 0

2335 , 55

(41)

Maka dipakai motor dengan daya = 70 Hp (NEMA)

6. Perancangan Koil Pendingin

Nilai koefisien perpindahan panas, dapat dipakai persamaan pada eq. 20.4

Kern, p.722.

Dimana,

14

hC = koefisien transfer panas cairan, Btu/jam.ft2.°F

Dt = diameter tangki = 19,68 ft

k = konduktivitas panas = 0,38 Btu/jam.ft.°F

Cp = kapasitas panas larutan = 1 btu/lb.°F = 1 kkal/kg.°C

N = kecepatan putar pengaduk = 41,1580 rpm = 0,6860 rps = 2.469,4786 rph

µ = viskositas campuran = 4,77.10-3_{lb/s.ft = 3,5 lb/jam.ft}

ft _{= 18.542,11128}

(42)

Menghitung Kebutuhan Air Pendingin

Sebagai pendingin digunakan air dengan suhu masuk (T1) = 30°C (86°F)

dan suhu keluar (T2) = 40°C (104°F)

Tf =

2 104 86

= 95°F

Sifat-sifat air pada Tf = 95°F adalah:

ρ = 1.018,27 kg/m3_{= 62,0729 lb/ft}3

µ = 0,733 cP = 1,936 lb/ft.jam

Cp = 1,048 kkal/kg.°C = 1,048 Btu/lb.°F

k = 0,356 Btu/jam.ft2_._°_F

Qp = 6.439.033 kkal/jam = 25.550.942 btu/jam

) T T .( Cp

Qp

1 2 

=

C C

kg kkal

jam kkal

   .(40 30) .

/ 048 , 1

/ 6.439.033

= 614.411,52 kg/jam

= 1.354.777,4 lb/jam

Wt

= ₃

/ 0729 , 62

/ 52 , 777 . 354 . 1

ft lb

jam lb

= 21.825,586 ft3_/jam

Harga kecepatan untuk cairan dalam pipa = 1,5 – 2,5 m/s (Coulson, 2005).

A = v Fvp₌

4

 _(ID)2

ID = v . Fvp . 4



=

jam ft x

jam ft

x

/ 5591 , 527 . 29

/ 21.825,586

4 3

(43)

= 0,97 ft = 0,296 m = 11,647 in

Dipakai koil standar 12 in. Dari table 11, Kern hal.844. Sehingga didapat:

OD = 12,75 in = 1,0625 ft

ID = 12,09 in = 1,0075 ft

Luas penampang, A’ = 115 in2_{= 0,7986 ft}2

Luas perpindahan panas/panjang, A” = 3,338 ft2_/ft

Gt = ' A Wt

= ₂

7986 , 0

/ 4 1.354.777,

ft jam lb

= 1.275.084,6 lb/jam.ft2

V = 

Gt

= ₃

2

/ 0729 , 62

. / 6 1.275.084,

ft lb

ft jam lb

= 20.541,728 ft/jam = 5,706 ft/s

Menghitung hi dan hi0



IDxGt

=

ft jam lb

ft jam lb ftx

. / 936 , 1

. / 6 1.275.084, 0075

,

01 2

= 663.557,72

Untuk T = 95°F diperoleh hi = 1.500 Btu/jam.ft2.°F. Dari fig. 25, Kern.

hi0 = hi x

OD ID

= 1500 Btu/jam.ft2.°F x

ft ft 0625 , 1

0075 , 1

(44)

Menghitung Harga LMTD

Suhu reaktor masuk = 55°C = 131°F

Menghitung Uc dan Ud

Uc =

Menghitung Luas Perpindahan Panas

(45)

Menghitung Panjang Koil

L = " A Adesain

=

ft ft

ft

/ 338 , 3

4.834,1022 2

2

= 1.448,2032 ft

Menentukan Jumlah Lengkungan Koil

Diameter helix, DC = 0,8 x (ID reaktor) = 0,8 x 6 m = 4,799 m

AB = DC = 4,799 m

Jarak antar gulungan koil, y = 0,5 x OD koil = 0,5 x 1,0625 ft = 0,53125 ft

BC = y = 0,53125 ft = 0,162 m

AC = 2 2

) BC ( ) AB

( 

= (4,799)2 (0,162)2

= 4,8014 m

Keliling busur AB = ½ x π x AB = ½ x π x 15,7397 ft = 24,711 ft

Keliling busur AC = ½ x π x AC = ½ x π x 15,749 ft = 24,725 ft

Keliling lingkaran koil = keliling busur AB + keliling busur AC

= 24,711 ft + 24,725 ft

= 49,4368 ft

4368 , 49

2031 , 448 . 1

= 29,294 ≈ 30 lilitan

y C

B A

(46)

ZC =

= ₂

Menghitung Pressure Drop Koil

(47)

DIAGRAM ALIR PROSES

PABRIK SODIUM DODEKILBENZEN SULFONAT DENGAN PROSES SULFONASI OLEUM KAPASITAS 120.000 TON/TAHUN

P

Evia por ator

Heater Cooler

Net raliser Decanter Tangki

CW Cooling Water

L

Reaktor FC Flow Control

DOSEN PEMBIMBING:

1. Dr Ir.AHMAD M.FUADI,MT.

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS T EKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH

SURAKARTA

GA MBAR : DIA GRAM A LIR PROS ES PA BRIK SOD IUM DOD EK ILBENZEN S ULFO NAT

DENG AN PRO SES S ULFON ASI OLEUM KA PAS ITA S 120.000 TON/TAHU N

DIKERJAKAN OLEH :

WAWAN KURNIAWAN D 500100026 Udara Tekan

KETERANGAN

VM

LC

TC LI

Nomor arus Temper atur, °C

Kontrol Valve

Arus Utama

Suplai List rik

Volumeter

Level Control Temperatur Control

Level Indicator

Tekanan, atm ALAT

2. ROIS FATONI ST, M.Sc, PhD