REAKTOR. Fv, m 3 /jam

(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 : 46oC

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, m}3_/jam 𝑥𝑖

𝜌𝑖, 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, = 18,4193 m3/jam

(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 X (X Fv V

(3)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 XA0 = 0 XA1 = 0,99 V1 = 882,8808 b. Menggunakan 2 RATB Reaktor 1 Reaktor 2 diperoleh: XA0 = 0 XA1 = 0,9017069 V1= 77,3198 XA2 = 0,99 V2 = 77,3198 c. Menggunakan 3 RATB Reaktor 1 Reaktor 3 Reaktor 2 diperoleh: XA0 = 0 XA1 = 0,79294 V1 = 30,2326 XA2 = 0,9547677 V2 = 30,2326 XA3 = 0,99 V3 = 30,2326 d. Menggunakan 4 RATB Reaktor 1 Reaktor 3 ) )( 1 ( ) 1 1 A A AO X M X kC     A1 AO 1 X (X Fv V ) )( 1 ( ) 2 2 A A AO X M X kC     A2 A1 2 X (X Fv V ) )( 1 ( ) 3 3 A A AO X M X kC     A3 A2 3 X (X Fv V ) )( 1 ( ) 1 1 A A AO X M X kC     A1 AO 1 X (X Fv V ) )( 1 ( ) 2 2 A A AO X M X kC     A2 A1 2 X (X Fv V ) )( 1 ( ) 1 1 A A AO X M X kC     A1 AO 1 X (X Fv V ) )( 1 ( ) 3 3 A A AO X M X kC     A3 A2 3 X (X Fv V

(4)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 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 V4

(5)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 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 0 1 2 3 4 5

(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 :

2 4 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 r A B

(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)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 ρcairan = Fv total Massa = m3/jam 18,4193 kg/jam 8 21.880,483 = 1.187,91 kg/m3 = 74,159 lb/ft3 Sg = _        air cairan = _      3 / 1000 3 / 91 , 187 . 1 m kg m kg = 1,188 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 WELH = 5882 , 3 3,08 = 0,8584≈ 1 buah

Kecepatan putar pengaduk: N = ft x menit ft 3,9241 / 600  x ft ft 3,9241 2 1051 , 10 = 55,2548 rpm = 0,9209 rps

 Menghitung Power Pengaduk (P)

P = C 5 3 g d . N . . Np (Brown, 1978)

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

Np = power number

N = kecepatan putar pengaduk = 0,9209 rps

ρ = densitas campuran = 74,1588 lbm/ft3 d = diameter pengaduk = 3,9241 ft gC = gravitasi = 32,2 ft.lbm/s2.lbf  campuran = 6,7243 cP = 0.0045187 lb/s.ft NRe =   . d . N 2 = 0,0045187 1588 , 74 ) 9241 , 3 ( 9209 , 0 x 2x

(13)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 = 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 = 46oC = 114,8oF

Suhu fluida dingin masuk = 30oC = 86oF

Suhu fluida dingin keluar = 40oC = 104oF

Fluida panas reaktor Fluida dingin T

(14)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 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 2 2/3 . N . L         1/3 k . Cp      0,14 w        

(15)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 Dimana, 14 , 0 w         _{= 1}

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

Dt = diameter reaktor = 11,7722 ft

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

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

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 3 / 2 2 . N . L         ₌ 2/3 3 2 . / 2674 , 16 / 1588 , 74 / 2885 , 315 . 3 ) 9241 , 3 (       ft jam lb ft lb jamx x ft _{= 3.783,4984} 3 / 1 k . Cp      = 3 / 1 . . / 38 , 0 . / 2674 , 16 . / 048 , 1         F ft jam Btu ft jam lb Fx lb Btu = 3,5533 hC = ft F ft jam Btu x 7722 , 11 . . / 38 , 0 87 , 0  x 3.783,4984 x 3,5533 = 377,546 Btu/jam.ft2.oF

 Menghitung Kebutuhan Air Pendingin

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

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

Tf = 2

104 86

= 95oF

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.oC

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

(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 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 ft}2

Luas perpindahan panas/panjang, A” = 1,734 ft2_/ft

 Menghitung Mass Velocity (V)

Gt =

' A Wt

(17)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 = ₂ 2007 , 0 / 232.075,39 ft jam lb = 1.156.361,79 lb/jam.ft2 V =  Gt = ₃ 2 / 0729 , 62 . / 79 1.156.361, ft lb ft jam lb = 18.629,0924 ft/jam = 5,11747 ft/s  Menghitung hi dan hi0 Re dalam pipa, Ret =  IDxGt = ft jam lb ft jam lb ftx . / 9360 , 1 . / 1.156.361 0,5054 2 = 301.882,5

Untuk T = 95oF diperoleh hi = 1.450 Btu/jam.ft2.oF. Dari fig. 25, Kern.

hi0 = hi x OD ID = 1.450 Btu/jam.ft2.oF x ft ft 5521 , 0 5054 , 0 = 1.327,434 Btu/jam.ft2.oF  Menghitung Harga LMTD

Suhu reaktor masuk = 46oC = 114,8oF

Suhu reaktor keluar = 46oC = 114,8oF

Suhu air masuk = 30oC = 86oF

Suhu air keluar = 40oC = 104oF

LMTD =            86 8 , 114 104 8 , 114 ) 86 8 , 114 ( ) 104 8 , 114 ( Ln = 18,3518

(18)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026  Menghitung Uc dan Ud

 Clean Overall Coefficient (Uc)

Uc = 0 0 hi hc hcxhi  = F ft jam Btu F ft jam Btu Fx ft jam Btu     . . / ) 1.327,434 377,546 ( . . / 1.327,434 . . / 377,546 2 2 2 = 293,943 Btu/jam.ft2.oF  Rd

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

Rd = UcxUd Ud Uc = F ft jam Btu F ft jam Btu F ft jam Btu      . . / ) 150 943 , 293 ( . . / 150 . . / 943 , 293 2 2 2 = 0,00326 jam.ft2.oF/Btu

 Menghitung Luas Perpindahan Panas

A =

UdxLMTD Qp

= 1.589,0978 ft2

 Menghitung Panjang Koil

L = " A Adesain = ft ft ft / 1,734 1.589,0978 2 2 = 916,4347 ft

 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 = 2 2 ) BC ( ) AB (  = 2 2 ) 0842 , 0 ( ) 4178 , 9 (  = 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 m x x m    = 4,2 m

(20)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 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 dalam tube < 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

Nilai koefisien perpindahan panas pada RATB dengan baffle dan didinginkan dengan koil dipakai persamaan pada eq. 20.4 Kern, p.722.

hC = Dt k . 87 , 0 2 2/3 . N . L         1/3 k . Cp      0,14 w         Dimana, 14 , 0 w         _{= 1}

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

µw = viskositas air 3 / 2 2 . N . L         ₌ 2/3 3 2 . / 2674 , 16 / 1588 , 74 / 2885 , 315 . 3 ) 9241 , 3 (       ft jam lb ft lb jamx x ft = 3.783,4984 3 / 1 k . Cp      = 3 / 1 . . / 38 , 0 . / 2674 , 16 . / 048 , 1         F ft jam Btu ft jam lb Fx lb Btu = 3,5533 hC = ft F ft jam Btu x 7722 , 11 . . / 38 , 0 87 , 0  x 3.783,4984 x 3,5533 = 377,546 Btu/jam.ft2.oF

Tf = 2

104 86

= 95oF

(22)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 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.oC k = 0,356 Btu/jam.ft2.oF

Panas yang diambil pendingin,

Qp = 908.078,4 Btu/jam = 228.972,9 kkal/jam Kebutuhan air pendingin, Wt =

) 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 Debit air pendingin, Fvp =

 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 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)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 ID = 2,469 in = 0,06271 m = 0,206 ft A’ = 4,79 in2 = 0,03326 ft2 A” = 0,753 ft2 /ft

 Menghitung Mass Velocity (V) 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  Menghitung hi dan hi0 Re dalam pipa, Ret =  IDxGt = ft jam lb ft jam lb ftx . / 9360 , 1 . / 57 1.448.299, 0,206 2 = 153.919,234

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

hi0 = hi x OD ID = 1.500 Btu/jam.ft2. oF x ft ft 24 , 0 206 , 0 = 1.285,9375 Btu/jam.ft2. oF  Menghitung Harga LMTD

Suhu reaktor masuk = 46oC = 114,8oF

Suhu reaktor keluar = 46oC = 114,8oF

(24)

Suhu air keluar = 40oC = 104oF

LMTD =            86 8 , 114 104 8 , 114 ) 86 8 , 114 ( ) 104 8 , 114 ( Ln = 18,3518oF  Menghitung Uc dan Ud

Uc = 0 0 hi hc hcxhi  = F ft jam Btu F ft jam Btu Fx ft jam Btu     . . / ) 1.285,9375 377,546 ( . . / 1.285,9375 . . / 377,546 2 2 2 = 291,858 Btu/jam.ft2.oF  Rd Ud = UcxUd Ud Uc = F ft jam Btu x F ft jam Btu F ft jam Btu     . . / ) 150 291,858 ( . . / 150 . . / 291,858 2 2 2 = 0,00324 Btu/jam.ft2.oF

 Menghitung Luas Perpindahan Panas A =

UdxLMTD Qp

= 494,8166 ft2

 Menghitung Panjang Koil L = " A Adesain = ft ft ft / 753 , 0 494,8166 2 2 = 657,127 ft

(25)

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 AB = ½ x π x AB = ½ x π x 9,4178 ft = 14,782 ft = 4,507 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

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)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 ZC = Areaktor Vkoil Vcairan  = ₂ 2 25 , 0 ) 25 , 0 ( xID x xL xOD x Vc    = ₂ 2 3 ) 7722 , 11 ( 25 , 0 ) 657,127 ) 24 , 0 ( 25 , 0 ( 2023 , 280 . 1 ft x x ft x ft x x ft    = 3,673 m

 Menghitung Pressure Drop Koil

Faktor friksi, f = 0,0035 + ₀_,₄₂ t) (Re 264 , 0 (Kern, 1983) = 0,0035 + ₀_,₄₂ ) 4 153.919,23 ( 264 , 0 = 5,25.10-3 ∆P = t xIDxSx 10 . 22 , 5 xL fxGt 10 2 

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

L = panjang koil = 657,127ft Gt = 1.448.299,57 lb/jam.ft2 f = faktor friksi = 5,325.10-3 фt = 19 , 0 W        _{= 1} ∆P = 1 158 , 62 206 , 0 10 . 22 , 5 657,127 ) 57 1.448.299, ( 10 . 325 , 5 10 2 3 x x x x x  = 2,765 psi

Syarat ∆P cairan dalam tube < 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)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 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

Menghitung Koefisien Transfer Panas

Nilai koefisien perpindahan panas pada RATB dengan baffle dan didinginkan dengan koil dipakai persamaan pada eq. 20.4 Kern, p.722.

hC = Dt k . 87 , 0 2 2/3 . N . L         1/3 k . Cp      0,14 w         Dimana, 14 , 0 w         _{= 1}

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

µw = viskositas air 3 / 2 2 . N . L         ₌ ₂ ₃ 2/3 . / 2674 , 16 / 1588 , 74 / 2885 , 315 . 3 ) 9241 , 3 (       ft jam lb ft lb jamx x ft = 3.783,4984 3 / 1 k . Cp      = 3 / 1 . . / 38 , 0 . / 2674 , 16 . / 048 , 1         F ft jam Btu ft jam lb Fx lb Btu = 3,5533 hC = ft F ft jam Btu x 7722 , 11 . . / 38 , 0 87 , 0  x 3.783,4984 x 3,5533

(28)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 = 377,546 Btu/jam.ft2.oF

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.oC

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

Panas yang diambil pendingin,

Qp = 734.030,5195 Btu/jam = 185.086,5674 kkal/jam Kebutuhan air pendingin, Wt =

) 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 Debit air pendingin, Fvp =

 Wt = ₃ / 0729 , 62 / 38.942,355 ft lb jam lb = 627,365 ft3/jam

(29)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 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 ft}2

A” = 0,622 ft2

/ft

 Menghitung Mass Velocity (V) 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  Menghitung hi dan hi0 Re dalam pipa, Ret =  IDxGt = ft jam lb ft jam lb ftx . / 9360 , 1 . / 04 1.673.940, 0,1723 2 = 148.933,973

(30)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 hi0 = hi x OD ID = 1.450 Btu/jam.ft2_. o_{F x} ft ft 1983 , 0 1723 , 0 = 1.259,3067 Btu/jam.ft2. oF  Menghitung Harga LMTD

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

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

Suhu air masuk = 30oC = 86oF

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

LMTD =            86 8 , 114 104 8 , 114 ) 86 8 , 114 ( ) 104 8 , 114 ( Ln = 18.3518oF  Menghitung Uc dan Ud

Uc = 0 0 hi hc hcxhi  = F ft jam Btu F ft jam Btu Fx ft jam Btu     . . / ) 1.259,3067 377,546 ( . . / 1.259,3067 . . / 377,546 2 2 2 = 290,4636 Btu/jam.ft2_.o_F  Rd Rd = UCxUd Ud Uc = F ft jam Btu F ft jam Btu Fx ft jam Btu     . . / ) 150 290,4636 ( . . / 150 . . / 290,4636 2 2 2 = 0,0032 Btu/jam.ft2_.o_F

 Menghitung Luas Perpindahan Panas A =

UdxLMTD Qp

(31)

 Menghitung Panjang Koil L = " A Adesain = ft ft ft / 622 , 0 266,6513 2 2 = 428,7 ft

Jarak antar gulungan koil, y = OD koil = 0,0604 m = 0,1983 ft BC = y = 0,0604 m = 0,1983 ft AC = 2 2 ) BC ( ) AB (  = (9,41788)2 (0,1983)2 = 9,4183 ft = 2,8707 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 9,4183 ft = 14,783 ft = 4,507 m Keliling lingkaran koil = keliling busur AB + keliling busur AC

57 , 29 428,7 = 14,5 ≈ 15 lilitan y C B A DC

(32)

Tinggi tumpukan koil = y x N = 0,1983 ft x 15 =0,544 m

Koil tercelup seluruhnya dalam cairan, karena tinggi koil lebih rendah dari tinggi cairan (0,544 m < 2,2069 m)

ZC = Areaktor Vkoil Vcairan  = ₂ 2 xID x 25 , 0 ) xL xOD x 25 , 0 ( Vc    = ₂ 2 3 ) 3540 , 10 ( 25 , 0 ) 428,77 ) 1983 , 0 ( 25 , 0 ( 2023 , 280 . 1 ft x x ft x ft x x ft    = 3,627 m

 Menghitung Pressure Drop Koil

Faktor friksi, f = 0,0035 + ₀_,₄₂ t) (Re 264 , 0 (Kern, 1983) = 0,0035 + ₀_,₄₂ ) 3 148.933,97 ( 264 , 0 = 5,274.10-3 ∆P = t xIDxSx 10 . 22 , 5 xL fxGt 10 2 

L = panjang koil = 428,77ft Gt = 1.673.940,04 lb/jam.ft2 f = factor friksi = 5,274.10-3 фt = 19 , 0 W        _{= 1} ∆P = 1 158 , 62 1723 , 0 10 . 22 , 5 428,77 ) 04 1.673.940, ( 10 . 274 , 5 10 2 3 x x x x x  = 4,642 psi

(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 22.663,976 1,000 7,0985

(34)

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 X (X Fv V

(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 ) = 2 x (645,3488+ 608,046)

(36)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 = 2.506,7887 ft3 = 70,99 m3

Vnetraliser = Vshell + Vhead

= 204,4025 m3 + 70,99 m3

= 275,3948 m3

Volume bottom = 0,5 x 70,99 m3 = 35,5 m3

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 Jadi Phidrostatis = 1.330,9663 kg/m3 x 5,98 m

(37)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 = 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: OD = 240 in ; icr = 14,4375 in ; r = 180 in

(38)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 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 = 2 2 ) AB ( ) BC (  = 2 2 ) 6406 , 103 ( ) 5625 , 165 (  = 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 2 = 0,4 m

(39)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026  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 = Water Eqiuvalent 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 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 1930 , 26

(40)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 = 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 = 62,7654 Hp

(41)

Maka dipakai motor dengan daya = 70 Hp (NEMA)

6. Perancangan Koil Pendingin Menghitung Koefisien Transfer Panas

Nilai koefisien perpindahan panas, dapat dipakai persamaan pada eq. 20.4 Kern, p.722. hC = Dt k . 87 , 0 2 2/3 . N . L         1/3 k . Cp      0,14 w         Dimana, 14 , 0 w         _{= 1}

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

µw = viskositas air 3 / 2 2 . N . L         ₌ 2/3 3 2 . / 5 , 3 / 1588 , 83 . / 4786 , 469 . 2 . ) 5599 , 6 (       ft jam lb ft lb jam ft = 18.542,11128 3 / 1 k . Cp      = 3 / 1 . . / 38 , 0 . / 5 , 3 . . / 1         F ft jam Btu ft jam lb F lb Btu = 2,096 hC = ft F ft jam Btu x 68 , 19 . . / 38 , 0 87 , 0  x 18.542,11128 x 2,096 = 652,938 Btu/jam.ft2.°F

(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 Kebutuhan air pendingin, Wt =

) 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 Debit air pendingin, Fvp =

 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). Dipilih harga kecepatan cairan (v) = 2,5 m/s = 29.527,5591 ft/jam

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)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 = 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

 Menghitung Mass Velocity (V)

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 Re dalam pipa, Ret =  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 = 1.422,3529 Btu/jam.ft2. °F.

(44)

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun. Wawan Kurniawan D 500100026 Menghitung Harga LMTD

Suhu reaktor masuk = 55°C = 131°F

Suhu reaktor keluar = 55°C = 131°F

Suhu air masuk = 30°C = 86°F

Suhu air keluar = 40°C = 104°F

LMTD =            86 131 104 131 Ln ) 86 131 ( ) 104 131 ( = 35,2371°F Menghitung Uc dan Ud

Uc = 0 0 hi hc hcxhi  = F ft jam Btu F ft jam Btu Fx ft jam Btu     . . / ) 3529 , 422 . 1 938 , 652 ( . . / 3529 , 422 . 1 . . / 938 , 652 2 2 2 = 447,5077 Btu/jam.ft2.°F  Rd Rd = UcxUd Ud Uc = F ft jam Btu F ft jam Btu F ft jam Btu      . . / ) 150 5077 , 447 ( . . / 150 . . / 5077 , 447 2 2 2 = 0,00443 Btu/jam.ft2. °F

Menghitung Luas Perpindahan Panas A = UdxLMTD Qp = F Fx ft jam Btu jam Btu   35,2371 . . / 150 / 25.550.942 2 = 4.834,1022 ft2

(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 (  = 2 2 ) 162 , 0 ( ) 799 , 4 (  = 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

Jumlah lengkungan koil (N) =

4368 , 49 2031 , 448 . 1 = 29,294 ≈ 30 lilitan y C B A DC

(46)

Tinggi tumpukan koil = y x N = 0,162 ft x 30 =5,345 m

ZC = Areaktor Vkoil Vcairan  = ₂ 2 xID x 25 , 0 ) xL xOD x 25 , 0 ( Vc    = ₂ 2 3 ) 6 ( 25 , 0 ) 4123 , 441 ) 32385 , 0 ( 25 , 0 ( 9064 , 168 m x x m x m x x m    = 7,267 m

Menghitung Pressure Drop Koil

Faktor friksi, f = 0,0035 + ₀_,₄₂ t) (Re 264 , 0 (Kern, p.53) = 0,0035 +





0,42 663.557,72 264 , 0 = 4,447.10-3 ∆P = t xIDxSx 10 . 22 , 5 xL fxGt 10 2 

L = panjang koil = 1.448,2032 ft Gt = 1.275.084,6 lb/jam.ft2 f = factor friksi = 4,447.10-3 фt = 19 , 0 W        _{= 1} ∆P = 1 158 , 62 0075 , 1 10 . 22 , 5 1.448,2032 ) 6 1.275.084, ( 3 -4,447.10 10 2 x x x x x = 3,2031 psi

(47)

DIAGRAM ALIR PROSES

PABRIK SODIUM DODEKILBENZEN SULFONAT DENGAN PROSES SULFONASI OLEUM KAPASITAS 120.000 TON/TAHUN P Reaktor KETERANGAN ALAT M R V E E N H F Pompa Mixer Eviaporator Heater Cooler Netraliser Decanter Tangki CW Cooling Water L Reaktor FC Flow Control DOSEN PEMBIMBING: 1. Dr Ir.AHMAD M.FUADI,MT.

JURUSAN TEKNI K 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 Temperatur, °C Kontrol Valve Arus Utama Suplai Listrik Volumeter Level Control Temperatur Control Level Indicator Tekanan, atm ALAT 2. ROIS FATONI ST, M.Sc, PhD F Bin L-03 CW TC R-01 LC R-02 TC R-03 TC F-01 LI L-01 F-02 LI L-02 LC LC L-04 L-05 L-07 CW L-06 F-03 LI V LI _F-04 LI F-05 S team HW CW TC LC 1 30 1 1 2 30 3c 46 1 6 32 1 4 30 1 9 30 1 13 1101 12 1101 VM VM VM FC FC FC L-09 32 E-06 S team S team E-05 S team _E-02 E-01 UPL C C CW CW 1 TC TC TC TC TC 1 46 1 46 1 55 3a 46 1 3b 46 1 S team C E-04 C N-01 TC LC 11 55 1 L-08 55 1 LC 10 30,9 1 M-02 1 8 30 H LC 7 32 1 32 1 5 55,8 1 CW HW E-03 TC M-01 LC L-10 L-11