Perancangan Alat Proses "Reaktor Fixed Bed"

Perancangan Alat Proses

“Perancangan Reaktor Fixed Bed Reactor”

Kelompok 2:

Anjelita Muliani 2107112375

Diana Eka Putri 2107112374

Mita Rahmadani Firensia

2107112377 Rafael Khanza Putra 2007113919 Utami Pratiwi Indra 2107112373 Vito Oktariandi MK. 2107112372

Widyatul Afifah 2107112378

Dosen Pengampu :

Dr. Maria Peratenta S, S.T., M.T

Kondisi

Operasi

Kondisi Operasi

1. Temperatur = 90

^o

C = 363,15 K

2. Tekanan = 1,5 atm = 1,519875 bar 3. Konstanta Gas Ideal = 82,057 atm.cm

³

/gmol.k

4. 1 Tahun Operasi = 330 hari

5. 1 Hari Kerja = 24 jam

6. Kapasitas Produksi = 51.000 ton/tahun = 51.000.000 kg/tahun 7. Kapasitas Produksi =

=

= 6439,393939 kg/jam

 

Nama Alat : Reaktor Fix Bed Multitube

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi antara etilen dan klorin pada fasa gas menjadi 1,2 Dikloroetilen

Kondisi Operasi

8. Reaksi = C

₂

H

₄

+ Cl

₂

C

₂

H

₄

Cl

₂

10. Basis = 10.000 kg/jam 11. Konversi = 98% = 0,98

12. Katalis = FeCl

₃

(Iron Trichoride) 13. Spesifikasi Katalis =

• Bentuk : Kristal Heksagonal

• Umur Katalis : 3-5 tahun

• Diameter : 0,003 m

• Densitas : 2000 kg/m

³

• Porositas : 0,5

 

Neraca Massa dan

Energi

Neraca Massa dan Energi

1. Reaksi :

C

₂

H

₄

+ Cl

₂

C

₂

H

₄

Cl

₂

2. Basis : 10.000 kg/jam 3. Konversi : 98% = 0,98 4. Data Berat Molekul:

 

Komponen Rumus kimia Berat molekul Titik didih (K)

Etilen C₂H₄ 28,054 104,01

Klorin Cl₂ 70,905 172,12

1,2-Dikloroetana C₂H₄Cl₂ 98,959 237,49

Neraca Massa dan Energi

mula-mula 106,9366222 98,72364431 0

bereaksi 106,9366222 98,72364431 x 98% =

96,74917143 96,749171743

sisa 10,1875 1,974472886 96,749171743

5. Hitung mol umpan:

n C

₂

H

₄

=

= = 106,9366222 mol

n Cl

₂

=

= = 98,72364431 mol

Reaksi : C

₂

H

₄

+ Cl

₂

C

₂

H

₄

Cl

₂

 

Neraca Massa dan Energi

Etilen yang bereaksi =

= 96,749171743 = 96,749171743

Mol C

₂

H

₄

Cl

₂

yang bereaksi =

= 96,749171743 =96,749171743

 

mula-mula 106,9366222 98,72364431 0

bereaksi 106,9366222 98,72364431 x 98% =

96,74917143 96,749171743

sisa 10,1875 1,974472886 96,749171743

Neraca Massa dan Energi

6. Laju Alir:

• Laju Alir Input

Fin C

₂

H

₄

= BM x nC

₂

H

₄

= 28,054 x 106,94

= 3000kg/jam

Fin Cl

₂

= BM x nCl

₂

= 70,905 x 98,72364431

= 7000 kg/jam

Fin Total = Fin C

₂

H

₄

+ Fin Cl

₂

= 3000 kg/jam + 7000kg/jam = 10000 kg/jam

• Fraksi mol Input

Xin C

₂

H

₄

= = =0,3 Xin Cl

₂

= = =0,7

 

Neraca Massa dan Energi

• Laju Alir Output

Fout C

₂

H

₄

= BM x nC

₂

H

₄

= 28,054 x 10,1875 = 285,7987448 kg/jam Fout Cl

₂

= BM x nCl

₂

= 70,905 x 1,974472

= 140 kg/jam

Fout C

₂

H

₄

Cl

₂

= BM x nC

₂

H

₄

Cl

₂

= 98,959 x 96,7492

= 9574,201255 kg/jam

Fout Total = Fout C

₂

H

₄

+ Fout Cl

₂

+ Fout C

₂

H

₄

Cl

₂

= 285,7987448 kg/jam + 140 kg/jam + 9574,201255 kg/jam

= 10000 kg/jam

• Fraksi mol Output

Xout C₂H₄= = = 0,028579874 Xout Cl₂ = = = 0,014

Xout C₂H₄Cl₂ = = = 0,957420126

 

Neraca Massa dan Energi

Input Output

Komponen Berat Molekul F1 (Kg/jam) N1 (Kmol/jam) X1 F2 (kg/jam) N2 (kmol/jam) X2

C2H4 28,054 3000 106,9366222 0,3

285,798744

8 10,1874508

0,028579874

Cl2 70,905 7000 98,72364431 0,7 140 1,974472886 0,014

C2H4Cl2 98,959 0 0 0

9574,20125

5

96,749171743 0,957420126

Total 10000 205,6602665 1 10000 109,8983316 1

Total 10000 10000

Neraca Energi

T = 90 Tref = 25

 

Komponen Koefisien ∆Hf˚ (J/mol)

Laju alir mol masuk (mol/jam)

Laju alir mol keluar (mol/jam)

C

₂

H

₄

= -1 -53000 106936,6 10187,45

CL

₂

= -1 0 98723,64 1974,473

C

₂

H

₄

CL

₂

= 1 -57800 0 96749,17

Neraca Energi

a b c d e Cp

32,083 -0,014831 0,00024774 -2,3766x10

^-7

6,8274x10

^-11

2090,6437 27,213 0,030426 -3,3353x10

^-5

1,5961x10

^-8

-2,7021x10

^-12

1769,7051 15,739 0,26124 -0,00021489 9,5761x10

^-8

-1,8004x10

^-11

1032,6585

∆Hr˚ (J/mol)= -4800

∆Hr˚ 90 C (J/mol)= -7627,690342

dQ/dT (J/mol) = -1011549204

dQ/dT (kJ/mol) = -1.011.549,204

Data Fisis dan

Termal

Data Fisis dan Termal

1. Berat Molekul Umpan

Berat molekul umoan merupakan berat molekul campuran gas yang dapat dihitung dengan persamaan :

BM campuran = � (Bmi.yi) dengan :

Bmi = berat molekul komponen i, kg/kmol yi = fraksi mol gas i

Komponen Berat Molekul (Bmi) Xi Bmi x Xi

C2H4 28,054 0,3 8,4162

Cl2 70,905 0,7 49,6335

C2H4Cl2 98,959 0 0

Total   1 58,0497

Jadi berat molekul Campuran = 58,0497 g/mol

Data Fisis dan Termal

2. Volume Campuran

Menurut Smith Van Ness (1987), volume campuran dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

V = Mol x 22,41 Sehingga didapat:

V = Mol x 22,41

V = 59,0497 g/mol x 22,41

V = 1300,893777 m

³

Data Fisis dan Termal

3. Densitas Campuran

Menggunakan Persamaan Gas Ideal sebagai berikut:

P V = n R T =

ρ =

Keterangan :

P = tekanan umpan masuk = 1,5 atm R= 82,057 atm.cm

³

/gmol.K

T= suhu umpan masuk = 363,15 K

 

Sehingga didapat:

ρ =

ρ = 0,002922063 gmol/cm

³

ρ = 2,922062865 kg/m

³

ρ = 0,182418248 lb/ft

³

 

Data Fisis dan Termal

4. Viskositas Campuran

Untuk menghitung viskositas umpan digunakan persamaan yang diperoleh dari Yaws (1999) yaitu :

 

Komponen BM

(kg/kmol) A B C

C₂H₄ 28,054 -3,985 3,87E-01 -1,12E-04

Cl₂ 70,905 -3,571 4,87E-01 -8,53E-05

Xi µ (µP) µ (kg/m.sec) Xi. µ (kg/m.sec)

0,30 29,96 0,000003 0,000001

0,70 39,57 0,000004 0,000003

1,00 69,53 0,000007 0,000004

Sehingga Didapat :

µ. Xi = 0,000004 x 3600 = 0,01321 kg/m.jam = 0,004 cP

Data Fisis dan Termal

5. Laju Volumetrik

Menurut Fogler (1192) dan Levensipiel (1999), laju Volumetrik campuran dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

Q =

Sehingga didapat : Q =

Q = 3422,239857 m

³

/jam Q = 0,950622182 m

³

/ dtk

 

Data Fisis dan Termal

6. Menghitung konduktivitas panas umpan (K

_G

)

K

_G

dihitung menggunakan persamaan dari Yaws (1999), yaitu : Keterangan :

K

_G

= konduktivitas gas, W/m.K A,B,C = Konstanta

T = suhu umpan, K K

_G

umpan = � (K

_G

.xi)  

Komponen BM (kg/kmol) A B C Xi k (W/m.K) Xi.k

C₂H₄ 28,054 -0,00123 3,62E-

05 1,25E-07 0,30 0,03 0,009

Cl₂ 70,905 -0,00194 3,83E-

05

-6,35E-

09 0,70 0,01 0,008

TOTAL 1,00 0,04 0,016

Sehingga Didapat :

K = 0,016 x 0,5781759824 = 0,009 Btu/hr.ft

²

(

^o

F/ft)

1. Data Konsentrasi Komponen

Menurut Fogler (1992) data Konsentrasi Komponen didapat menggunakan persamaan berikut:

R = 8,2057x10

^-2

m

³

.atm/K.Kmol P0 =1,5 atm

T0 = 363,15 K

• Data C

₂

H

₄

: Ya0 = 0,3 = -1 = Ya0 x = 0,3 x -1 = -0,3

  • Data Cl

₂

:

Ya0 = 0,7 = -1 = Ya0 x = 0,7 x -1 = -0,7  

Kinetika Reaksi

Kinetika Reaksi

2. Konsentrasi Awal Umpan

Menurut Fogler (1992) Konsentrasi Awal Umpan didapat menggunakan persamaan berikut:

C

_A0

C

₂

H

₄

= = = 0,015101178 kmol/m

³

C

_A0

Cl

₂

= = = 0,035236082 kmol/m

³

 

3. Konsentrasi Akhir

C

_B0

C

₂

H

₄

= =

= 0,015947281 kmol/m

³

=15,94728079 mol/m

³

C

_B0

Cl

₂

=

=

= 0,028611391 kmol/m

³

= 28,61139101 mol/m

³

 

Menurut Fogler (1992) Konsentrasi akhir didapat menggunakan persamaan berikut:

Kinetika Reaksi

= = = 0,923197706 = = = 2,333333333 = = = 2,33333333

 

4. Rasio Mol

Menurut Fogler (1992) Rasio mol didapat menggunakan persamaan berikut:

Kinetika Reaksi

K = 11493 exp (-2156,58/T) = 11493 exp (-2156,58/90) = 11493 exp (-23,962) = 11493 x 3,92135 x10

^-11

= 4,50681 x 10

^-7

= 0,000450681 -r

₁

= K

_D1

C

_C2H4

C

_Cl2

= 4,50681 x 10

^-7

x 0,015947281 x 0,028611391 = 2,05634 x 10

^-7

= 0,000205634 5. Kinetika Reaksi

Menurut Fogler (1992) Kinetika Reaksi Umpan didapat menggunakan persamaan berikut:

Kinetika Reaksi

Berat dan Volume Katalis

Data yang diketahui:

Nama katalis : Iron Trichloride (FeCl

₃

) Porositas : 0,5 m

³

Diameter katalis : 0,003 m

Bentuk katalis : Kristal heksagonal Densitas katalis : 2000 kg/m

³

Konversi : 98%

Umur simpan : 3-5 tahun

  Sehingga,  

Kondisi Batas

W = 0 X = 0

W =100.000 gram  

W X K1 K2 K3 K4

0 0 0,043953867 4,219813E-02 4,226682E-02 4,226413E-02

1000000 4,252465E-02 0,040623436 3,912734E-02 3,918140E-02 3,917945E-02 2000000 8,192804E-02 0,037773486 3,648196E-02 3,652536E-02 3,652390E-02 3000000 1,186467E-01 0,03530441 3,417717E-02 3,421259E-02 3,421148E-02 4000000 1,530293E-01 0,03314278 3,214963E-02 3,217894E-02 3,217808E-02 5000000 1,853589E-01 0,03123319 3,035100E-02 3,037557E-02 3,037488E-02 6000000 2,158691E-01 0,029532989 2,874375E-02 2,876456E-02 2,876401E-02 7000000 2,447547E-01 0,028008782 2,729823E-02 2,731603E-02 2,731559E-02 8000000 2,721802E-01 0,026634018 2,599071E-02 2,600607E-02 2,600570E-02 9000000 2,982858E-01 0,025387306 2,480195E-02 2,481529E-02 2,481499E-02 10000000 3,231919E-01 0,024251212 2,371616E-02 2,372784E-02 2,372759E-02 11000000 3,470030E-01 0,023211368 2,272030E-02 2,273059E-02 2,273037E-02 12000000 3,698103E-01 0,02225583 2,180344E-02 2,181255E-02 2,181237E-02 13000000 3,916937E-01 0,021374572 2,095640E-02 2,096450E-02 2,096435E-02 14000000 4,127238E-01 0,020559122 2,017136E-02 2,017861E-02 2,017848E-02 15000000 4,329634E-01 0,019802264 1,944167E-02 1,944818E-02 1,944806E-02 16000000 4,524684E-01 0,019097811 1,876159E-02 1,876746E-02 1,876735E-02 17000000 4,712889E-01 0,018440431 1,812615E-02 1,813147E-02 1,813138E-02 18000000 4,894701E-01 0,017825498 1,753106E-02 1,753589E-02 1,753581E-02 19000000 5,070526E-01 0,017248979 1,697254E-02 1,697694E-02 1,697687E-02 20000000 5,240734E-01 0,016707345 1,644729E-02 1,645130E-02 1,645124E-02

W X K1 K2 K3 K4

21000000 5,405661E-01 0,016197488 1,595238E-02 1,595606E-02 1,595601E-02

22000000 5,565611E-01 0,015716665 1,548524E-02 1,548863E-02 1,548858E-02

23000000 5,720866E-01 0,015262441 1,504358E-02 1,504670E-02 1,504665E-02

24000000 5,871682E-01 0,014832651 1,462535E-02 1,462822E-02 1,462818E-02

25000000 6,018296E-01 0,014425357 1,422871E-02 1,423138E-02 1,423134E-02

26000000 6,160924E-01 0,014038828 1,385203E-02 1,385450E-02 1,385447E-02

27000000 6,299768E-01 0,013671503 1,349383E-02 1,349613E-02 1,349610E-02

28000000 6,435013E-01 0,013321979 1,315278E-02 1,315491E-02 1,315489E-02

29000000 6,566834E-01 0,012988984 1,282766E-02 1,282965E-02 1,282963E-02

30000000 6,695389E-01 0,012671367 1,251738E-02 1,251924E-02 1,251921E-02

31000000 6,820829E-01 0,012368084 1,222094E-02 1,222268E-02 1,222266E-02

32000000 6,943292E-01 0,012078182 1,193743E-02 1,193906E-02 1,193904E-02

33000000 7,062909E-01 0,011800791 1,166603E-02 1,166756E-02 1,166754E-02

34000000 7,179802E-01 0,011535117 1,140596E-02 1,140740E-02 1,140739E-02

35000000 7,294084E-01 0,011280432 1,115655E-02 1,115790E-02 1,115789E-02

36000000 7,405863E-01 0,011036066 1,091713E-02 1,091841E-02 1,091840E-02

37000000 7,515238E-01 0,010801404 1,068713E-02 1,068834E-02 1,068832E-02

38000000 7,622306E-01 0,01057588 1,046600E-02 1,046714E-02 1,046713E-02

39000000 7,727155E-01 0,01035897 1,025323E-02 1,025431E-02 1,025430E-02

40000000 7,829869E-01 0,01015019 1,004837E-02 1,004939E-02 1,004938E-02

W X K1 K2 K3 K4

41000000 7,930527E-01 0,009949092 9,850972E-03 9,851936E-03 9,851926E-03 42000000 8,029205E-01 0,009755261 9,660644E-03 9,661558E-03 9,661549E-03 43000000 8,125974E-01 0,009568309 9,477012E-03 9,477879E-03 9,477871E-03 44000000 8,220901E-01 0,00938788 9,299730E-03 9,300555E-03 9,300547E-03 45000000 8,314049E-01 0,009213637 9,128476E-03 9,129260E-03 9,129253E-03 46000000 8,405480E-01 0,00904527 8,962949E-03 8,963695E-03 8,963689E-03 47000000 8,495250E-01 0,008882487 8,802867E-03 8,803578E-03 8,803572E-03 48000000 8,583415E-01 0,008725016 8,647967E-03 8,648645E-03 8,648639E-03 49000000 8,670026E-01 0,008572603 8,498003E-03 8,498650E-03 8,498644E-03 50000000 8,755134E-01 0,00842501 8,352744E-03 8,353362E-03 8,353356E-03 51000000 8,838785E-01 0,008282012 8,211973E-03 8,212564E-03 8,212559E-03 52000000 8,921024E-01 0,008143399 8,075488E-03 8,076052E-03 8,076047E-03 53000000 9,001895E-01 0,008008975 7,943095E-03 7,943635E-03 7,943631E-03 54000000 9,081439E-01 0,007878553 7,814616E-03 7,815133E-03 7,815129E-03 55000000 9,159694E-01 0,00775196 7,689881E-03 7,690377E-03 7,690373E-03 56000000 9,236699E-01 0,007629029 7,568730E-03 7,569205E-03 7,569201E-03 57000000 9,312489E-01 0,007509606 7,451011E-03 7,451467E-03 7,451464E-03 58000000 9,387099E-01 0,007393543 7,336583E-03 7,337021E-03 7,337017E-03 59000000 9,460562E-01 0,007280703 7,225311E-03 7,225731E-03 7,225728E-03 60000000 9,532909E-01 0,007170955 7,117066E-03 7,117470E-03 7,117467E-03 61000000 9,604172E-01 0,007064173 7,011729E-03 7,012117E-03 7,012114E-03 62000000 9,674379E-01 0,006960242 6,909185E-03 6,909558E-03 6,909556E-03 63000000 9,743557E-01 0,006859048 6,809325E-03 6,809685E-03 6,809682E-03 64000000 9,811735E-01 0,006760488 6,712048E-03 6,712394E-03 6,712391E-03

Berat Katalis = 6000000 gram = 64000 kg Volume Katalis =

V =

= = 32 m

³

 

Tube

Spesifikasi Tube

Dalam menentukan diameter tube, Colburn (Smith, P.571) menyatakan

hubungan pengaruh rasio (Dp/Dt) terhadap hw/h, Dimana Dp/Dt adalah

diameter partikel katalis dibandingkan dengan diameter tube dan hw/h adalah

koefisien perpindahan panas dalam pipa berisi katalis dibandingkan dengan

koefisien perpindahan panas dalam pipa kosong.

Keterangan :

● Dp/Dt = rasio diameter katalis per diameter pipa

● Hw/h = rasio koefisien transfer panas pipa berisi katalis terhadap koefisien transfer panas pada pipa kosong.

● Dari data diatas, hw/h terbesar pada 7,8 pada (Dp/Dt) = 0,15

● Diameter katalis (Dp) = 0,003 m

● Diameter tube (Dt) = = 0,02 m = 2 cm = 0,7874 in

●  

Susunan Tube

Susunan tube yang digunakan adalah Triangular pitch (segitiga sama sisi)

dengan tujuan memberikan turbulensi yang lebih baik, sehingga akan

memperbesar koefisien transfer panas konveksi (h

_o

). Sehingga, transfer

panasnya lebih baik daripada square pitch (Kern, 1983). Turbulensi yang

terjadi pada susunan tube segitiga sama sisi lebih besar dibandingkan dengan

susunan persegi. Hal ini dikarenakan fluida yang mengalir di antara pipa yang

letaknya berdekatan akan langsung menumbuk pipa yang terletak pada deretan

berikutnya. Koefisien perpindahan panas konveksi (h) pada susunan segitiga

25% lebih tinggi dibandingkan dengan fluida yang mengalir dalam shell pada

susunan persegi.

Data pendukung tube

● Tebal tube = (OD – ID)/2 = (1,32 – 1,049)/2

= 0,1355 in = 0,0034417 m

● Pitch (Pt) = 1,25 x OD = 1,25 x 1,32

= 1,65 in = 0,04191 m

● Clearence (C) = Pt – OD = 1,65 -1,32

= 0,33 in = 0,008382 m

Perhitungan tinggi katalis dengan volume 1 buah tube

Dipilih tinggi tube standar = 24 ft = 7,3152 m Sehingga diperoleh tinggi tumpukan katalis : Z = 80% dari tinggi tube yang dipilih

Z = 80% x 7,3152 m Z = 5,85216

  Menghitung Jumlah Tube

Jumlah tube yang dibutuhkan Nt

Nt

Nt 981,1732978 tube Nt 982 tube

 

Shell

Spesifikasi Shell

Spesifikasi Material

Jenis bahan : Low Allow Steel (SA 283 Grade C) Tipe Sambungan : Double Welded Butt Joint

ID shell =

=

= 54,30 in

= 4,52 ft

= 1,37 m

 

Jarak dan Jumlah Baffle

1. Jarak baffle

Berdasarkan Kern (1965) Bab 7, jarak baffle dari 1/5 sampai 1 IDs. Pada rancangan ini dipilih :

Bs = IDs 1/5 Bs =

=

=

●  

Jarak dan Jumlah Baffle

2. Jumlah baffle

= 26,51

= 27

●  

Tebal Shell

Diketahui :

f = 18750 psi E = 80%

C = 0,13 in Over design = 20% = 0,2 P design = (1+over design) x tekanan operasi

= (1+0,2) x 1,5 atm

= 1,2 x 1,5 atm

= 1,8 atm

= 26,45 psi

 

Tebal Shell

ts =

= 0,1729 in

= 0,0044 m ts standar = 0,1875 in

= 0,0047625 m

 

Diameter Luar dan Volume Shell

Diameter Luar Shell ODs = IDs + 2 x ts

= 54,68 + 2 x 0,1875

= 54,683 in

= 1,3889 m

= 4,5569 ft Volume Shell

=

= 10,93 m

³

 

Menghitu ng Head dan

Bottom

Spesifikasi Head

Bentuk : Torispherical Falnged and Dished Head

Jenis bahan : Low-Alloy Steels SA-283 grade C

Tebal Head

Keterangan :

P : tekanan design (psi)

IDs : diameter dalam shell (in) F : allowable working stress (psi)

E : effisiensi sambungan C : faktor korosi (in) th : tebal head (in)

●  

Diketahui :

th =

= 0,1729 in atau 0,0044 m

th standar = 0,1875 in atau 0,0047625 m

 

IDs 54,30799955 in P design 26,45262 psi f 18750 psi E 0,8

C = 0,125 in

Menghitung Volume Head (Vh)

(Sumber : Pers 5.14 Hal 95 buku (107 pdf) Brownell & Young, 1959)

Berdasarkan data yang diperoleh sebelumnya d

_{i vessel}

= 1,4318 m.

Maka perhitungan volume head : Volume Head = 0,000076 (1,3794

³

)

= 0,000199483 m

³

 

Menentukan Tinggi Head (OA)

Diketahui :

Berdasarkan Tabel 5.7 Buku Brownell Halaman 89, maka:

OD shell 54,6830 in ts 0,1875 in

ODshell 60 in

ts 0,1875 in

icr (inside corner radius) 3,625 in r (radius of dish) 60 in

Berdasarkan ts, maka dilihat dari Tabel 5.6 Buku Brownell didapatkan data :

sf (straight flange) = 1 sampai 2 in

Maka dipilih = 2 in

 

Menghitung Depth of dish (b)

b = 60

b = 3,8341 in atau 0,0974 m Maka tinggi head (OA)

atau 0,1529 in

●  

Data Pendukung Head

1. AB = () icr AB = ()

AB = 23,529 in atau 0,5976 m

2. BC = r – icr

BC = 60 - 3,625

BC = 56,375 in atau 1,4319

AC =

AC = 51,2301 in atau 1,3012 m

●  

Reaktor

Tinggi Reaktor

Diketahui :

Tinggi shell = Tinggi tube = 24 ft Tinggi head (OA) = 0,5018 ft

Tinggi reaktor (Hr) = tinggi shell + (2*tinggi head)

Sehingga

Tinggi reaktor (Hr) = 25,0036 ft = 7,6211 m = 300,0431 in

Volume Reaktor

Diketahui :

Volume shell (Vs) = 10,9367 m³

Volume head (Vh) = 0,000199483 m³

Volume katalis (Vk) = 32 m³

Sehingga,

Volume reaktor (Vr) = 42,9371 m³

Volume Reaktor

Volume reaktor (Vr) = Vs + (2*Vh)+Vk

Pressure Drop

IDt = 1,049 in

0,0874 ft

Jumlah tube (Nt) = 982 tube Luas penampang tube (a't) = 0,864 in2 Laju massa umpan (Wt) = 1000 kg/jam

22050 lb/jam

Viskositas Umpan =

0,004 cP

Jumlah pass (n) = 1 pass Tinggi tube = 7,3152 m

TUBE Diketahui

Pressure Drop

Bundle Crossflow Area atau Tube Side (at) at = Nt × at’/144 ×n ( Kern, 1950)

at = 0,2976 ft^{2 =} 3,5709 in² Mass Velocity (Gt) Gt= Wt at (Kern, 1950) Gt = 74098,7958 lb/jam.ft² Bilangan Reynold (Nre) Nre= IDt ×Gt μ (Kern, 1950) Nre = 729615,1626

L/IDt = 234,1463

jH = 700

c = Cp = 8,8979 Btu/lb.F K = 0,0094 Btu/ft^2.hr.F

Nilai jH, c, dan k hi = 153,2833 Btu/hr.ft².F

Koefisien Transfer Panas Dalam Pipa hi= jH × K/IDt ×(c × μ/K)^1/3 × φ_t

f = 0,0018 Fig. 26

∆P = 0,0520 psi

Pressure Drop di Tube

Pressure Drop

SHELL

Pendingin yang digunakan berjenis Dowtherm A. Dowtherm A digunakan sebagai pendingin pada alat-alat proses yang digunakan (Reaktor dan Condensor). Kondisi operasi proses dilakukan da lam fase gas serta beroperasi pada suhu 90^oC dan pada tekanan medium pressure. Jika menggunakan air sebagai pendingin akan banyak air yang akan teruapkan dan konsumsi air juga akan banyak karena kondisi operasi mendekati titik didih air. Maka, dicari bahan pendingin yang sifat fisik dan kimia nya lebih ringan dan dapat bertahan pada suhu tinggi dan tekanan tinggi.

Diketahui :

IDs = 54,30799955 in 4,525666629 ft Laju massa pendingin (Wt) = 98020,7204 Kg/Jam

216135,6885 lb/Jam Vikositas umpan (μcampuran) = 0,6222 cP

1,5058 lb/ft.Jam

Baffle spacing = 11,27407427 in

Pressure Drop

Diketahui :

B = ID/5 = 10,86159991 in

C' = Pt - ODt = 0,01 in

P = Pt = Pitch = 1,65 in

Sehingga,

as = 0,0001 ft²

Bundle Crossflow Area atau Shell Side (as) as= IDs × C’ ×B/144 × P 

Gs = 8163123,031 lb/jam.ft² Mass Velocity (Gs)

Gs= Ws/as

Nre = 2453443,72 Bilangan Reynold (Nre)

Nre= (IDs ×Gs)/μ

jH = 700

c saat Tc = 1 Btu/lb.F

K = 0,0094 Btu/hr.ft².F/ft

Nilai jH, c, dan k

ho = 7,9091 Btu/hr.ft^2.F Koefisien Transfer Panas Dalam Pipa

ho= jH × K IDs ×((c × μ)/K)^1/3 × φ_o

Dimana,

f = 0,0001

N +1 = (12*L)/B = 8,0819

specific gravity (s) = 1

De = 4,53 ft

∆P = 0,8254 psi

Pressure Drop di Shell

Pressure Drop

Uc = 7,5210 Btu/h.ft².F

CLEAN OVERALL COEFFICIENT (Uc) Uc =  (hi × ho)/(hi+ ho)

∆Ptotal = 0,8773 psi

PRESSURE DROP TOTAL (∆Ptot)

∆Ptot = ∆Ptube +∆Pshell

Kesimpulan

Kondisi Operasi Keterangan

Suhu Operasi 90^oC

Tekanan Operasi 1,5 atm

Tekanan Desain 1,8 atm

Basis 10000 kg/jam

Kapasitas 51000 ton

1 Tahun operasi 330 hari

Konversi 98%

TubeID Tube 1,049 in

OD Tube 1,32 in

Tinggi Tube 7,3152 m

Tebal Tube 0,0034417 m

Pitch Tube 0,04191 m

Clearance 0,008382 m

Jumlah Tube 1058 tube

Katalis

Nama Katalis FeCl₃

Diameter katalis 0,003 m

Densitas katalis 2000 kg/m3

Berat katalis 69000 kg

Volume katalis 34,5 m3

Tinggi katalis keseluruhan 6190,57 m Tinggi katalis per tube 5,85216 m

Shell

ID Shell 1,43 m

OD Shell 1,4413 m

Jarak baffle 0,286 m

Tinggi shell 7,3125 m

Jumlah baffle 26

Tebal shell 0,0047 m

Head dan Bottom

Tebal Head 0,0044 m

Tinggi Head 603075 in

Icr 3,625 in

r 60 in

Sf 2 in

Reaktor

Tinggi Reaktor 7,6216 m

Tebal 0,0047 m

Kesimpulan

Penyangg a

Tumpukan

Katalis

Spesifikasi Penyangga Tumpukan Katalis Bentuk : Perforated plate

Jenis bahan : Low-Alloy

Tekanan Desain = 26,452 psi = 1,823 atm Jumlah tube (N

_t

) = 982 tube

Berat katalis (W) = 64000 kg

Diameter shell (IDs) = 54,307 in = 1,379 m

²

Luas total tube (a

_t

) = Luas penampang tube x Jumlah tube

= a

_t

x N

_t

= 0,000557 x 982

= 0,547 m

²

= 827,099 in

²

Perforate plate = 50% x Luas total tube = 50% x 0,547

= 0,273 m

²

●  

Tekanan karena katalis (P katalis) =

=

= 233238,72 kg/m2 = 22,931 bar

Tekanan total perancangan (Ptot) = P desain + P katalis = 1,823 + 22,931

= 24,755 bar = 359,050 psi

●  

D = Diameter shell (in) Diketahui:

C = 0,162

F = 187500 psi Maka :

Tebal plate = 0,956 in = 0,024 m

Tebal plate standar = 1 in

Tebal pemegang pipa

Cph = konstanta desain = 1,1 Dp = diameter shell = 54,30 in

ΔP = pressure drop shell = 0,051 psi λ = ligament efisiensi = 0,5

f = maximum allowable stress = 187500 C = corrosion allowable = 0,125

Sehingga,

tp = 0,169

tp standar = 0,1875

THANK

YOU