Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 1 Kapasitas 100.000 ton/tahun
REAKTOR [R]
Tugas : Mereaksikan etanol dengan Asam Akrilat menjadi Etil Akrilat dengan bantuan katalis asam sulfat.
Jenis alat : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk
Gambar Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) :
Data-data :
Suhu : 358,15 K Tekanan : 1,01325 bar Komposisi Bahan Masuk :
Komponen Mr
[kg/kmol] kg/jam kmol/jam fraksi mol C2H5OH 46 5926,6131 128,8394 0,2974
C5H8O2 100 0 0 0
H2O 18 415,3145 23,0730 0,0533
C3H4O2 72 18552,8757 257,6788 0,5949 C9H12 120 2768,7635 23,0730 0,0533 H2SO4 98 49,76929 0,50785 0,0012
Total 27713,3361 433,1722 1
Reaksi yang terjadi :
C2H5OH + C3H4O2 C5H8O2 + H2O
358,15 K 1 atm
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 2 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Reaksi mengikuti persamaan :
rA = k CA CB ... (Smith., 1981)
Dengan hubungan : k = konstanta kecepatan reaksi [m3/kmol s]
K = konstanta kesetimbangan reaksi CA = konsentrasi mol etanol [kmol/ m3] CB = konsentrasi mol asam akrilat [kmol/ m3] CC = konsentrasi mol etil akrilat [kmol/ m3] CD = konsentrasi mol air [kmol/ m3]
Nilai k diperoleh dengan pendekatan Grogins, P.H., 1958.
k = 2,1x10-5 – 8,896x10-4 C + 1,228x10-3 C [ ] [
] data :
T = 109,503 °C C = 2,030 wt % B = 7,357 mol M = 0,008165 mol
P [mole/min]
P mole fraction
V1 mole/min
M 0,00010 0,000972
D 0,00990 0,09628
B 0,08992 0,8762 0,121038
W 0,00073 0,00710 0,003962
C 0,00200 0,01945
Total 0,10265 1
Sehingga, k = 2,1x10-5 – 8,896x10-4 (2,030) + 1,228x10-3 (2,030) [ ] [
]
= 2,09
Kapasitas Panas Fase Cair Dihitung dengan persamaan :
4 3
2
D T ET
T C T B A
Cp
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 3 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Dengan hubungan : A, B, C, D = konstanta
Cpɩ = kapasitas panas fase cair [J/kmol K]
T = Suhu operasi [K]
Data diperoleh dari software Chemcad
Komponen A B C D E
C2H5OH 102640 -139,63 -0,030341 2,04E-03 0
C5H8O2 98200 299 0 0 0
H2O 276370 -2090,1 8,125 -1,41E-02 9,37E-06
C3H4O2 55300 300 0 0 0
C9H12 61723 494,81 0 0 0
H2SO4 59830 395,2 -0,52067 3,12E-04 -7,06E-08
Asumsi :
1. Reaktor beroperasi pada keadaan steady state 2. Reaktor beroperasi pada keadaan isothermal 3. Pengadukan sempurna
Pembentukan Persamaan Matematis
Dihitung dengan menggunakan neraca massa untuk reaktan pembatas. Sebagai pembatas dipilih C2H5OH.
Kecepatan massa masuk – kecepatan massa keluar – yang bereaksi dalam sistem = acc – FA – rA V = 0
dimana : = kecepatan mol C2H5OH [kmol/s]
FA = kecepatan mol C2H5OH keluar [kmol/s]
rA = kecepatan reaksi [kmol/m3s]
FA = (1-xA)
Persamaan neraca massa menjadi : – (1-xA) – rA V = 0
V = rA = k CA CB
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 4 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Suhu masuk, T1 = 358,15 K Suhu keluar, T2 = 358,15 K
Komposisi bahan dalam reaktor pada konversi xA = 0,98
Komponen Mr Masuk Keluar
kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam C2H5OH 46 5926,6131 128,8394 118,5323 2,5768
C5H8O2 100 0 0 12626,2626 126,2626
H2O 18 415,3145 23,0730 2688,0418 149,3357
C3H4O2 72 18552,8757 257,6788 9461,9666 131,4162 C9H12 120 2768,7635 23,0730 2768,7635 23,0730
H2SO4 98 49,7693 0,50785 49,7693 0,50785
Total 27713,3361 433,1722 27713,3361 433,1722
Rapat massa fase cair Dihitung dengan persamaan :
Dengan hubungan : A, B, C, D = konstanta T = Suhu operasi [K]
ρl = rapat massa fase cair [kmol/m3]
Komponen A B C D
C2H5OH 2,2880 0,26850 512,64 0,24530
C5H8O2 0,8003 0,25830 553 0,28570
H2O 5,4590 0,30542 647,13 0,08100
C3H4O2 1,2414 0,25822 615 0,30701
C9H12 0,5871 0,25583 631 0,28498
H2SO4 0,8322 0,19356 925 0,28570
DC T
B l A
1 1
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 5 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Kecepatan volume pada konversi xA = 0,98
Komponen kg/jam ρ [kg/m3] m3/jam
C2H5OH 118,5323 726,6954 0,1631
C5H8O2 12626,2626 846,2522 14,9202
H2O 2688,0418 977,3014 2,7505
C3H4O2 9461,9666 974,9920 9,7047
C9H12 2768,7635 805,6996 3,4365
H2SO4 49,76929 1756,7443 0,0283
Total 27713,3361 31,0033
Konsentrasi C2H5OH (CA) CA =
= 4,15567 Konsentrasi C3H4O2 (CB)
CB =
= 8,3113
Konstanta kecepatan reaksi pada suhu (T) = 358,15 K rA = k CA CB
= 2,09 x 4,15567 x 8,3113
= 72,0963 V =
=
= 1,7513 m3
Waktu tinggal (τ)
Dihitung dengan persamaan : τ =
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 6 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Tinjauan umpan masuk reaktor : Suhu T1 = 358,15 K
Komponen kg/jam kmol/jam ρ[kg/m3] m3/jam C2H5OH 5926,6131 128,8394 726,6954 8,1556
C5H8O2 0 0 846,2522 0
H2O 415,3145 23,0730 977,3014 0,4250
C3H4O2 18552,8757 257,6788 974,9920 19,0287 C9H12 2768,7635 23,0730 805,6996 3,4365 H2SO4 49,76929 0,50785 1756,7443 0,02833
Total 27713,3361 433,1722 31,0741
Kecepatan volume, FvA = 8,156 Waktu tinggal, τ =
= 0,05636 jam Volume cairan (Vl) = 1,7513 m3
Volume tangki
Dirancang faktor keamanan = 20 % Vt = 120 % x Vl
= 120 % x 1,7513 m3
= 2,1016 m3 = 2101,56 Liter = 555,235 galon = 18,1754 bbl
Dirancang Tinggi Tangki = Diameter Tangki Vt = π x x H
dimana : Dt = diameter tangki [m]
H = tinggi [m]
Dt =[
]1/3
= 1,39 m Dt = H =1,39 m
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 7 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Luas Penampang Tangki (At) = D2
= x (1,39 m)2
= 1,51377 m2
Tinggi cairan dalam tangki =
=
= 1,15692 m
Tinggi cairan dalam tangki dengan head =
=
= 1,15692 m
Tebal dinding reaktor Dihitung dengan persamaan :
Megyesy, E.F., Pressure Vessel Handbook, Pressure Vessel Publishing INC, (1997) halaman 22, dengan hubungan :
C” = faktor korosi [m]
fall = allowable stress [kPa]
Pgauge = tekanan terukur [kPa]
R0 = Jari-jari luar vessel [m]
ts = tebal dinding [m]
e = effisiensi sambungan a. Bahan konstruksi
Dipilih : stainless steel, 316 SS
(Megyessy, Pressure vesel handbook, halaman 230) b. Allowable stress
fall = 16700 psi (Megyessy, halaman 189)
= 16700 psi x
= 115697,6 kPa
"
4 .
0 C
Pgauge fall
Ro Pgauge
ts
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 8 Kapasitas 100.000 ton/tahun
c. Faktor korosi
Faktor korosi berkisar antara 0,13 mm sampai 0,15 mm/tahun.
Peters, M.S., K.D., Timmerhaus, dan R. E., West, Plant design and economics for chemical engineers’ ed V, Mc Graw Hill, New York (2003), halaman 444.
Dirancang faktor korosi = 0,15 mm/tahun Umur reaktor = 10 tahun
C” = 0,15 x 10 tahun x
= 0,0015 m d. Effisiensi sambungan
e = 0,85
(Megyessy, halaman 206).
e. Tekanan perancangan
Tekanan perancangan = 1,5 x tekanan operasi (Megyessy, halaman 16) P design = 1,5 x 1,013 bar x
= 151,9875 kPa
Tekanan lingkungan = 1,013 bar x
= 101,325 kPa Pgauge = Pdesign – Plingkungan
= 151,988 kPa – 101,3250 kPa
= 50,6625 kPa f. Jari-jari luar
Ro =
=
= 0,69415 m
Tebal dinding
=
+ 0,0015 m
= 0,0019 m
Bila dinyatakan dalam in, ts = 1/16 in
"
4 .
0 C
Pgauge fall
Ro Pgauge
ts
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 9 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Dipilih tebal standart (t) = 1/16 in
Head
Pemilihan jenis head berdasarkan tekanan operasi :
Untuk tekanan operasi < 15 bar, head yang digunakan berjenis torispherical dished Towler, G., dan R. Sinnott, Chemical Engineering Design Principles, Mc Graw Hill, (2008), hal 987.
Tebal head :
Untuk diameter luar, Do = 1,39202 m Tebal standart = 1/8 in x
= 0,0019 m
Jari-jari kelengkungan, r = 54,8039 in x
= 1,3920 m
Jari-jari kelengkungan internal, icr = 9 ¾ in x
= 0,2477 m
(Brownell dan Young, Process Equipment Design, John Wiley and Son, 1959, halaman 91)
Straight flange berkisar antara 1,5 sampai 4,5 in.
(Brownell dan Young, Process Equipment Design, John Wiley and Son, 1959, halaman 88) Dipilih : straight flange, sf = 2,5 in x
= 0,0635 m
Tinggi head
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 10 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Dimana : OA = Tinggi head [m]
icr = jari-jari kelengkungan pojok b = kedalaman [m]
sf = straight flange [m]
AB = ID/2 – icr BC = r – icr
b = r – [BC2-AB2]0,5 OA = t + b + sf ID = Do – 2t
= 1,388 m – [2x0,002 m]
= 1,38459 m AB = ID/2 – icr
= - 0,2477 m
= 0,44464 m BC = r – icr
= 1,3920182 m – 0,25 m
= 1,14437 m
b = 1,3920182 m – [(1,14437 m)2 – (0,44464 m)2]0,5
= 0,34 m
OA = 0,0018575 m + 0,34 m + 0,0635 m
= 0,40 m
Tinggi reaktor
Htotal = Ht + 2 x tinggi head
= 1,3883 m + [2 x 0,40 m]
= 2,19 m
Pengaduk
a. Jenis pengaduk
Dipilih berdasarkan viskositas fluida yang diaduk (Holland, F.A dan F.S., Chapman, Liquid Mixing and Processing in Strirred Tanks, Reinhold New York, halaman 19.
Data Viskositas cair (μ) diperoleh dari software Chemcad
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 11 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Komponen A B C D E
C2H5OH 7,8750 791,98 -3,0418 0 0
C5H8O2 0,9132 447,70 -1,7439 0 0
H2O -51,9640 3670,60 5,7331 0 10
C3H4O2 -28,1200 2280,20 2,3956 0 0
C9H12 -24,9880 1807,90 2,0556 0 0
H2SO4 -179,8400 10694,00 24,6110 0 0
μ = Exp (a + b/t + c*log(t) + d*te
= 1000* Exp (7,875+(791,98/362,653)+(-3,0418)*log(362,653)+0*(362,653)0)
= 0,2901 cP C2H5OH
Dengan cara yang sama untuk komponen lain diperoleh : Pada suhu, T2 = 358,15 K
Komponen kg/jam fraksi massa μ [cP] massa.μ
C2H5OH 118,5323 0,0043 0,4088 0,0017
C5H8O2 12626,2626 0,4556 0,3058 0,1393
H2O 2688,0418 0,0970 0,3351 0,0325
C3H4O2 9461,9666 0,3414 0,4690 0,1601
C9H12 2768,7635 0,0999 0,3893 0,0389
H2SO4 49,76929 0,0018 5,2744 0,0095
Total 27713,3361 1 0,3821
µ = 0,382 cP
untuk viskositas, µ = 0,382 cP, maka jenis pengaduk yang dipilih adalah flat blade turbin.
b. Ukuran pengaduk
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 12 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Diameter pengaduk : Di = 1/3 Dt W = 1/5 Di
z = 1/3 Ht r = ¼ Di
B = 1/12 Dt s = 1/8 Di
dimana : B = lebar baffle [m]
Di = diameter pengaduk [m]
Dt = diameter reaktor [m]
Ht = tinggi lurus reaktor [m]
W = lebar sudut [m]
z = elevasi pengaduk [m]
r = panjang blade impeler
s = panjang blade dari pusat bantalan
Di = 1/3 x 1,385 m
= 0,462 m z = 1/3 x 1,388 m = 0,28 m
B = 1/12 x 1,385 m
= 0,11538 m W = 1/5 x 0,462 m
= 0,09 m r = ¼ x 0,462 m = 0,11539 m s = 1/8 x 0,462 m = 0,058 m
Kecepatan putar pengaduk :
Dipilih berdasarkan, Rase, H.F., dan J.R., Holmes, Chemical Reactor Design for Process Plants, Willey and Son, New York, (1997), vol.1., halaman 366.
Kecepatan putar berkisar antara 500 ft/mnt sampai 700 ft/mnt.
dipilih : v = 500 ft x
= 152,4 m/mnt
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 13 Kapasitas 100.000 ton/tahun
rpm = 152,4 m/mnt x
= 105,108 rotasi/mnt Bilangan Reynold
Dengan hubungan : Re = bilangan reynold
µl = viskositas fluida yang diaduk [kg/m.s]
viskositas fluida yang diaduk µl = 0,382 cP x 0,001 kg/m s cP
= 0,00038 kg/m.s Rapat massa : ρl =
=
= 891,847 kg/m3 N =
x
= 1,7518 s-1
Re =
= 871051,7956
Daya penggerak pengaduk Dihitung dengan persamaan :
Dengan hubungan : Di = diameter pengaduk N = kecepatan putar [1/s]
Np = bilangan daya
Po = daya penggerak [watt]
ρl = rapat massa fluida yang diaduk [kg/m3] l
Di N l
2
Re
5 3 Di N l Np Po
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 14 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Re > 100000, dari fig diatas diperoleh Np = 4 Daya penggerak pengaduk
Po = 4 × (891,847 kg/m3) × (1,7518 s-1)3 × (0,4615 m)5
= 401,6067 kg m2/s3
= 401,6067 Nm / s
= 401,6067 J/s = 401,6067 watt Effisiensi motor
Diperoleh dari tabel 3.1 Towler, halaman 111.
Dari tabel diperoleh : Effisiensi = 80%
Daya penggerak motor yang diperlukan
= 502,008 watt x ( )
= 0,6732 hp
Motor standar
diperoleh dari Ludwig, E.E., Applied Process Design For Chemical and Petrochemical Plants, Gulf Publishing, Co. Houston, Texas (2001), edisi 3, halaman 628.
Motor standar : Motor Induksi dengan daya 0,75 hp Perancangan poros pengaduk :
Berdasarkan Chopey, Handbook of Chemical Engineering Calculation, (2001), halaman 12.17 sampai halaman 12.20
a. Menghitung beban hidraulic Persamaan yang digunakan:
Ʈ = power / N
Dimana : Ʈ = beban hidraulic, Nm N = kecepatan putar (1/s)
Power = daya penggerak (Nm/s) N = 1,7441 s-1
Power = 0,6732 hp × 1 watt / 1,341 × 10 -3 hp
= 502,0082 Nm/s
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 15 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Ʈ = 502,0082 N.m/s ×
= 286,5671 N.m b. Momen bending
Dihitung dengan persamaan : M = x
Dimana : Di = diameter impeler (m) L = panjang poros (m)
= tinggi head + tinggi shell – 1/3 Tinggi shell
= 0,4029 m + 1,3883 m – (1/3 x (1,3883m))
= 1,3285 m (
) ( )
= 824,8500 N.m Diameter poros
Dihitung dengan persamaan :
Dshaft = [16 × (Ʈ2 + M2)0,5/ (π σs)]1/3 σs: allowable stress = 16700,00 Psi
= 115697600N/m2
*
+
= 0,2143 m
Volume poros
Vporos = π dshaft2 × Lporos
= π × (0,2143 m)2 × 1,3285 m
= 0,1916 m3 Impeler :
Lebar impeler = 0,0927 m Panjang impeler = 0,4636 m
Tebal impeler = 3/16 in × (0,0254 m/in)
= 0,0048 m
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 16 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Jumlah sudu = 6
Vimpeler = panjang × lebar × tebal × jumlah sudu
= 0,4615 m × 0,0923 m × 0,0048 m × 6
= 0,0012 m3
Volume pengaduk = Vporos + Vimpeler
= 0,1916 m3 + 0,0012 m3
= 0,1929 m3 Volume cairan = 1,7513 m3
( ) ( ( ))
= 1,1631 m
Volume total = volume cairan + volume head + volume pengaduk
= 1,7513 m3 + 0,0001 m3 + 0,1929 m3
= 1,9443 m3
Volume design = 1,2 x volume total
= 1,2 x 1,9443 m3
= 2,3331 m3 Neraca Panas
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 17 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Neraca panas pada reaktor
Q reaktan + Qreaksi + Qproduk – Qpp =0
Qpp = panas yang harus diserap oleh media pendingin [kJ/jam]
Qreaktan = Σ mi cpi (T1-Treff) Qr = Fa0 × a ΔHr°
Qproduk = Σ mproduk cp (T2-Treff)
Kecepatan panas masuk Suhu T1 = 358.15 K
Suhu refferensi, Treff = 298,15K
∫
= 7,5709E+03 kJ/kmol
Dengan cara yang sama untuk komponen lain diperoleh :
Komponen kg/jam kmol /jam int cp dt m x int cp dt kJ/kmol kJ /jam C2H5OH 5926,6131 128,8394 -7570,9280 -975433,9342
C5H8O2 0 0 -11779,0110 0
H2O 415,3145 23,0730 -4521,4722 -104324,0552
C3H4O2 18552,8757 257,6788 -9224,7000 -2377009,8949
C9H12 2768,7635 23,0730 -13445,6941 -310232,8951
H2SO4 49,7693 0.5078 -8615,0272 -4375,1404
Total 27713,3361 433,1722 -3771375,9167
Qreaktan = -3771375,9167 kJ/jam
Entalpi reaksi pada kondisi standart (298,15 K)
∆Hf H2O = -241830 kJ/kmol
∆Hf C5H8O2 = -349530 kJ/kmol
∆Hf C3H4O2 = -323500 kJ/kmol
∆Hf C2H5OH = -235000 kJ/kmol
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 18 Kapasitas 100.000 ton/tahun
ΔHr° = [ ΔHf° H2O + ΔHf° C5H8O2 ]– [ ΔHf° C2H5OH + ΔHf° C3H4O2 ] ΔHr° = [(-241830) kJ/kmol + (-349530) kJ/kmol] – [(-235000) kJ/kmol) +
(-323500) kJ/kmol ]
= -32860 kJ/kmol
Qr = . xA ΔHr0
= 128,8394 kmol/jam × 0,98 × -32860 kJ/kmol
= 4148989,899 kJ/jam
Panas yang dibawa oleh produk keluar Suhu T2 = 358,15 K
Suhu refferensi, Treff = 298,15 K
Dengan cara yang sama untuk komponen lain diperoleh :
Komponen kg/jam kmol /jam int cp dt m x int cp dt kJ/kmol kJ /jam C2H5OH 5926,6131 128,8394 7570,9280 19508,6787
C5H8O2 0 0 11779,0110 1487248,8636
H2O 415,3145 23,0730 4521,4722 675217,0025
C3H4O2 18552,8757 257,6788 9224.7000 1212275,0464 C9H12 2768,7635 23,0730 13445,6941 310232,8951
H2SO4 49,7693 0.5078 8615,0272 4375,1404
Total 27713,3361 433,1722 3708857,6267
Qproduk = 3708857,6267 kJ/jam
Panas yang harus diserap oleh media pendingin Qpp = Qreaktan +Qr + Qproduk
= -3771375,9167 kJ/jam + 4148989,899 kJ/jam + 3708857,6267 kJ/jam
= 4086471,6090 kJ/jam
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 19 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Media pendingin :
Sebagai media pendingin dipakai Freon 22 Suhu freon 22 masuk T1 = 233,15 K Suhu freon 22 keluar T2 = 233,15 K Panas laten, λfreon 22 = 175 kJ/kg K Rapat massa , ρfreon 22 =1409,7680 kg/m3
Massa pendingin yang diperlukan dihitung dengan persamaan : mfreon 22 =
λ
Keterangan : λ freon 22 = panas laten penguapan freon 22 [kJ/kg K]
m freon 22 = kecepatan massa freon 22 [kg/jam]
Qt = beban panas total [kJ/jam]
= 23351,2663 ΔT = (358,15 - 233,15)K
= 125 K
Koefisien perpindahan kalor
diprediksi berdasarkan towler dan Sinnot halaman 798.
Nilai Ud berkisar antara 400-700 J/m.s.K Dicoba : Ud = 700J/m2sK × [0,001 kJ/J]
= 0,7 kJ/m2sK
Luas perpindahan kalor yang diperlukan
Δ
* +
= 12,9729 m2
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 20 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Luas Selimut :
Atersedia = π × Dt × HI
= π × (1,3846 m) × 1,1569 m
= 4,0259 m2
Luas selimut tangki yang tersedia < luas perpindahan kalor yang diperlukan, maka sistem pendingin yang digunakan sistem koil.
Perancangan Koil Diameter Koil
Kecepatan linier pendingin berkisar antara 5 ft/s sampai 10 ft/s.
Dirancang v = 10 x
= 3,048 m/s
Kecepatan volume pendingin=
=
= 0,0046 m3/s Luas penampang pipa, Ap =
= 0,0015 m2 Diameter pipa koil yang diperlukan : Id = [ ]0,5
= [
]0,5
= 0,0438 m
Bila dinyatakan dalam inci, Id = 0,0438 m x
= 1,7260 in
Ukuran pipa standar
Dipilih 2 in NPS (Mc Graw Hill ,1991)
Diameter luar,OD = 2,38 in x [0,0254 m/in]
= 0,0605 m
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 21 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Diameter dalam, ID = 1,939 in x [0,0254 m/in]
= 0,0493 m Luas permukaan luar, A” = π OD
= π x 0,0605 m
= 0,1899 m2/m L =
= 47,1105 m
Diameter lingkaran koil Dc = 0,7 X Dt
= 0,7 x 1,3944 m
= 0,9718 m Keliling koil = π x Dc
= π x 0,9718 m
= 3,053 m Jumlah koil =
= 15,4307
Dirancang jarak antar koil = 0,25 x OD
= 0,25 x 0,0605 m
= 0,0151 m
Volume koil = π
=
= 0,1352 m3
Volume cairan + volume koil = 1,7513 m3 + 0,1352 m3
= 1,8865 m3
Tinggi cairan =
=1,2462 m
Tinggi koil = (nc-1) x jarak antar koil + nc x OD
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 22 Kapasitas 100.000 ton/tahun
= (14,431-1) x 0,0151 m + 14,431 x 0,0605 m
=1,0905 m
Perancangan Nozzle : a. Nozzle untuk umpan
Diameter pipa optimum Dihitung dengan persamaan : Diopt = 3,9qf0,45 . ρf0,13 Dengan hubungan :
Diopt : diameter pipa optimum [in]
qf : kecepatan volume fluida [ft3/s]
ρf : rapat massa fluida [lb/ft3] persamaan diperoleh dari :
Peters , M .S., K.D., Timmerhaus , Plant Design and Economics for Chemical Engineers, Mc Graw Hill, (1991), ed IV , halaman 496
Pada suhu : 358 K
Komposisi dan rapat massa umpan
Komponen kg/jam ρ [kg /m3 ] m3 /jam C2H5OH 5926,6131 726,6954 8,1556
C5H8O2 0,0000 846,2522 0,0000
H2O 415,3145 977,3014 0,4250
C3H4O2 18552,8757 974,9920 19,0287
C9H12 2768,7635 805,6996 3,4365
H2SO4 49,7693 1756,7443 0,0283
Total 27713,3361 31,0741
[
] [
]
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 23 Kapasitas 100.000 ton/tahun
[
] [
] Diopt = 3,9 𝑥 (0,30483)0,45 𝑥 (55,6753)0,13 = 3,85322 in = 9,7872 cm Pipa standar :
Dipilih dari tabel 17 Peters, M.S., K.D.Timmerhaus , Plant design and economics for Chemical Engineers , Mc Graw Hill (1991), edisi 4, halaman 888
Dipilih : 10 in Sch. No 40
Diameter luar, Od = 10,75 in 𝑥 [0,0254 m/in] = 0,27305 m Diameter luar, Id = 10,02 in 𝑥 [0,0254 m/in] = 0,25451 m
Volume total = volume cairan + volume head + volume pengaduk = 1,7513 m3 + 0,0001 m3 + 0,19286 m3
= 1,94427 m3
Volume design = 1,2𝑥1,94 m3 = 2,333 m3
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 24 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Kesimpulan reaktor
1. Tujuan : untuk mereaksikan asam akrilat dan etanol menjadi etil akrilat dan air dengan katalis asam sulfat.
2. Alat :
a. Satu buah Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) b. Pengaduk Flat Blade Turbine Impeler
c. Coil pendingin 3. Kondisi operasi :
Suhu : 358,15 K Tekanan : 1,013 bar Konversi : 0,98
Waktu tinggal : 0,05636 jam 4. Ukuran tangki :
Volume cairan : 1,7513 m3 Volume tangki : 2,1016 m3 Volume reaktor : 2,3331 m3 Diameter : 1,3883 m Tinggi : 2,1941 m Tebal : 1/16 in
Bahan : Stainless Stell 5. Ukuran Head :
Tebal : 1/16 in Tinggi : 0,4037 m
Bahan : Stainless Stell SA – 167 Type 316 6. Pemilihan pengaduk
Jenis : Flat Blade Turbine Impeler Diameter : 0,462m
Jumlah blade : 6 Jumlah buffle : 4
Lebar buffle : 0,11538 m Panjang blade : 0,09231m Lebar blade : 0,12 m
Pra Rancangan Pabrik Etil Akrilat dari Asam Akrilat dan Etanol 25 Kapasitas 100.000 ton/tahun
Putaran : 105,11 rpm Power : 5 HP 7. Koil pendingin
Media pendingin : freon 22 Luas transfer panas : 12,9729 m2 Luas selimut : 4,0615 m2
Kebutuhan freon 22 pendingin : 23351,2663 kg/jam 8. Ukuran Nozzle
OD : 0,27 m
ID : 0,25 m