LAMPIRAN
R e a k t o r (R-01)
Fungsi : mereaksikan asam sulfat dan natrium nitrat membentuk asam nitrat dan natrium bisulfat
Kondisi operasi:
1.Tekanan 1 atm 2.Suhu 150⁰C kec reaksi 3.Konversi 90%
Reaksi:
H2SO4 + NaNO3 ---> HNO3 + NaHSO4
Reaksi antara asam sulfat dan natrium nitrat merupakan reaksi cair-padat. (heterogen).
Asumsi :
Campuran diaduk secara sempurna, sehingga konsentrasi masing-masing komponen didalam reaktor sama
Padatan masuk reaktor dianggap sama atau seragam, sehingga waktu tinggal didalam reaktor dihitung dari waktu yang dibutuhkan oleh padatan untuk bereaksi
Menurut Levenspiel, (1976), untuk reaksi padat-cair waktu reaksi diperhitungan berdasarkan waktu mendifusi dari cair asam sulfat ke padatan natrium nitrat karena waktu reaksi dianggap cepat sehingga diabaikan.
Dari hal 578 Levenspiel asumsi bahan baku ukuran butiran kecil ukuran butiran 50-200 mm, Levenspiel hal 592. Untuk padatan berukuran kecil dapat menggunakan persamaan shrinking sebagai berikut :
= b . ks . CAS Dimana :
Dikombinasikan kedua persamaan dan diintegrasikan
Jika reaksi sempurna :
Dimana :
Ro = Jari-jari padatan kalsium karbonat awal rB = Densitas padatan (solid), kg/m3
b = Koefisien reaksi
sehingga diperoleh persamaan
Neraca Massa Reaktor (R-01)
Komponen Arus 1 Arus 2 Arus 16 Arus 3 Arus 4
NaNO3 29959,2559 6815,9109 6815,9109
H2O 241,6069 705,2173 35,0276 911,7966
H2SO4 34555,6479 3823,5296 3823,5296 14,3882
HNO3 2,0228 22203,0727
NaHSO4 42295,4200
Subtotal 30200,8628 35260,8652 10639,4404 52971,9109 23129,2575
Total 76101,1684 76101,1684
Arus 1
Komponen kg frak BM kmol frak µ,kg/m3 µ,x
NaNO3 29959,26 0,9920 85 352,4618 0,9633 2016,730 2000,596
H2O 241,61 0,0080 18 13,4226 0,0367 956,166 7,649
30200,86 1,0000 365,8844 1,0000 2008,245
Arus 2
komponen kg fraksi BM kmol fraksi µ,kg/m3 µ,x
H2SO4 34.555,6479 0,9800 98 352,6087 0,9000 1674,38 1640,892
H2O 705,2173 0,0200 18 39,1787 0,1000 956,17 19,123
35.260,8652 1,0000 391,7874 1,0000 1660,016
Massa umpan :
komponen kg fraksi ƿ,kg/m3 ƿ,x Fv =m/ƿ µ, cP µx
H2O 946,82 0,0124 956,166 11,90 0,9902 0,1792 0,0022
H2SO4 38.379,18 0,5043 1674,38 844,42 22,9214 3,2567 1,6424
76.101,17 1,0000 1830,88 42,1467 5,4004
Fv = 42,1467 m3/jam
Digunakan tekanan 1 atm Menghitung waktu reaksi :
ukuran butiran 50-200 µ m, Levenspiel hal 592 Diambil ukuran rata-rata 100 µm
Ro = 100 µm
= 0,0001 m
µB = 2008,25 kg/m3
b = 1
Menghitung difusifitas :
Untuk menghitung diffusivitas cairan digunakan persamaan wilke chang
(Coulson, hal 291)
Dimana :
DL = diffusivitas cairan, m2/dt
= factor asosiasi untuk pelarut, 1 (Coulson hal 191) M = berat molekul pelarut, 98 kg/kmol
µ= viskositas pelarut, kg/m dt
Vm = volume molar pelarut pada keadaan boiling point H2SO4 = 0,0626 m3/kmol
T = temperatur, K
T = 423,1500 K
DL = 117,3x10 -18 x(1 x 98)0,5x423,15
0,003257x0,06260,6
DL = 7,9557E-10 m2/dt
Menghitung konsentrasi padatan CAS :
CAS = 352,4618 kmol/jam
42,1467 m3/jam
= 8,3627 kmol/m3
= 0,0084 mol/cm3
Menghitung waktu reaksi :
= 2,0082E-05 (1 - (1 - 0,9)2/3) 6,6532E-09
= 2368,1735 dt
= 0,6578 jam
Menghitung volume :
V = 27,7252 m3
over design 20% Menghitung volume :
= 1,2 x 27,7252
= 33,2702 m3
Menurut Walas diameter : tinggi cairan = 1 : 1 agar hasil pengadukan lebih homogen
Sehingga dirancang diameter dan tinggi shell 1 : 1
Volume tangki =
= 3,4865 m
= 137,2656 in
Digunakan diameter standart :
= 144 in (Brownell page 86)
= 3,6576 m
Vdish = 0,000049xDs3 (Brownell, hal 88)
Dimana :
sf = 2 in ???
Vsf =
Vhead = 2x (Vtangki + Vsf)
= 2x (0,000049 x D3) + = 330,3064 ft3
= 9,3543 m3
Volume reaktor = Volume shell + Volume head
= 33,2702 + 9,3543
= 42,6245 m3
Dengan spesifikasi reaktor sebagai berikut :
Diameter shell = 3,6576 m
Tinggi shell = 3,6576 m
Volume shell = 33,2702 m3
Volume head = 9,3543 m3
Volume reaktor = 42,6245 m3
Volume cairan dalam shell
Volume bottom : 0,5 x Volume head = 4,6771 m3
Volume cairan = volume shell - volume bottom = 28,5931 m3
Tinggi cairan dalam shell :
= 2,7227 m = 8,9327 ft Jenis pengaduk
r = 1830,8816 kg/m3 m = 5,40044 cP
Penentuan berdasar : T = 423,15 °C
m = 5,40044 cP r = 1830,8816 kg/m3 V reaktor = 33,2702 m3
Berdasarkan fig 10.57 hal 419 Coulson. µL = 5,40044 Ns/m2
dan volume = 33,2702 m3 dapat digunakan pengaduk propeler atau turbin
Dari tabel 8.3 Rase, 1977 :
Sistem : reaction in solution : Turbine (max : 20.000 gal) Propeller (max : 11000 gal (± 9.5 m3))
Paddle (max : 500 gal) Dipilih : Turbin, karena :
- Hp turbin tidak dipengaruhi Viskositas diatas reynold 500-1000 - Percampuran sangat baik, bahkan dalam sekala mikro
Dari Rase,hal 356 :
Diameter reaktor (DR) = 3,6576 m Diameter pengaduk (DI) = 1,2192 m Pengaduk dari dasar (E) = 1,2192 m Tinggi Pengaduk (W) = 0,2438 m Lebar pengaduk (L) = 0,3048 m
Lebar baffle (B) = 0,3658 m Menghitung jumlah impeler :
WELH = tinggi bahan x sg
= 2,7227 m x 1830,882/1000 = 4,9849 m
Impeller =
= 4,9849 / 3,6576 = 1,3629 »2 Putaran pengaduk :
(Rase, 1977, hal. 345)
Jenis motor : Fixed speed belt (harga murah, mudah mengganti bagian-bagiannya) dengan kecepatan putaran standar 104 rpm (Rase, 1977 tabel 8.9). Bilangan Reynolds :
NRe = 52410,0239
Dari fig. 9.13 McCabe, Nre = 52410,024 .=====>
Np = Po
= 1
Power pengaduk :
P = 34,45 Hp
Efisiensi motor 0,88 (fig. 14.38, Peters, hal 521)
Daya motor :
39,1449 Hp
Dipakai motor dengan daya = 40 Hp Nema standard
Menentukan tebal shell (t)
Dirancang menggunakan Baja nirkarat
ts = (Brownell, hal 140)
Dalam hubungan ini : ts = tebal shell, in
P = tekanan dalam vessel Pcairan = density . h .g/gc
C P E f r P
= 1830,8816 kg/m3 x 1 lb/0,4536 kg x 1 m3/35,3134 ft3 x 2,7227 ft x 32,2 ft /s2 /32,2
= 311,2052 lb/ft2 = 2,1611 lb/in2 Pop = Pcairan + Preaktor
= 2,1611 + 14,7 = 16,9 psi r = Jari-jari
= ½ .Diameter Reaktor = 0,5 x 144
= 72 in
E = effisiensi pengelasan = 0,85
C = faktor korosi = 0,125 f = tegangan yang diijinkan pada tabel 13.2
Coulson hal 254 diperoleh allowable stress 130 N/mm2
f = 18854,906 psi ts = 0,20080 in
digunakan tebal standar 0,2500 in Menentukan tebal head (th)
ts = 0,2500 in icr = 6,5 in r = 102 in w=
= 1,7403 in
th =
th = 0,2183 in (digunakan tebal standar 1/4 in) Diambil sf = 2
a =
= 71,75 in AB = - icr = 65,25 in
BC = r – irc = 95,5000 in AC = (BC2- AB2)1/2 = 69,733 in b = r – AC = 32,2670 in
Tinggi head = th + b + Sf = 34,5170 in = 0,8767 m
Tinggi reaktor = 2 x tinggi head + tinggi shell = 1,7535 + 3,6576
