RECYCLE Nisaul Fadilah Dalimunthe, S.T., M.Eng

RECYCLE

Nisaul Fadilah Dalimunthe, S.T., M.Eng

STRUKTUR RECYCLE

 Berapa banyak sistem reaktor yang diperlukan? Apakah terdapat pemisahan diantara sistem reaktor tsb?

 Berapa banyak aliran recycle yang diperlukan?

 Apakah kita akan menggunakan salah satu reaktan berlebih pada masukan reaktor?

 Apakah memerlukan kompresor gas? Berapa biayanya?

 Haruskah reaktor dioperasikan secara adiabatis, dengan pemanasan atau pendinginan langsung atau memerlukan penukar panas?

 Apakah kita ingin mendorong konversi kesetimbangan? Bagaimana?

 Bagaimana biaya reaktor mempengaruhi potensi ekonomi?

Keputusan- keputusan untuk Menentukan Struktur Recycle

JUMLAH REAKTOR

Dari sejumlah reaksi kimia, jumlah reaktor yang digunakan tergantung:

• T dan P masing-masing reaksi

• Kondisi apakah salah satu reaksi membutuhkan katalis atau tidak

Proses HAD

Contoh 1:

Reaktor

Toluen H₂

Benzen CH₄

2 ^{2 4}

80 C and 1atm KeteneAcetic Acid Acetic Anhydride,

Ketene  CO 1

C H , 700 C and 1 atm AcetoneKeteneCH₄

Contoh 2. Proses pembuatan asetat anhydrat  2 reaktor

Remark: dua reaktor dibutuhkan untuk sistem ini.

ALIRAN RECYCLE

 Jumlah aliran recycle  dari jumlah komponen keluar reaktor (data Td normal) yang memenuhi persyaratan untuk direcycle

 Jika lebih dari 1 reaktor  kelompokkan komponen senyawa yang akan direcycle berdasarkan Td yang berdekatan  diperoleh jumlah aliran recycle

 Ada 2: aliran recycle gas dan aliran recycle zat cair (liquid)

 Aliran recycle gas  komponen mendidih pada T<-48^oC  menggunakan kompresor (kompresor mahal)

 Aliran recycle liquid  menggunakan pompa (relatif murah, dalam disain awal cost alat ini tidak diperhitungkan)

Komponen NBP,^oC Kode H₂

CH₄ Benzen Toluen Difenil

-253 -161 80 111 255

Recycle+ purge-gas Recycle +purge-gas Primary produk

Recycle- liquid Fuel-byproduct Contoh. Proses HDA

• Ada tiga aliran produk : purge,benzen dan difenil

• Ada dua liran recycle , H₂ + CH₄ (gas) dan toluen (cairan), sehinga:

• Struktur recycle seperti gambar 3.2.

reactor separator compresor

benzen difenil

purge

Gas recycle

Umpan H₂ Umpan toluen

8 Toluen recycle

Gambar 3.2 Struktur recycle HDA

Komponen NBP,^oC Kode Contoh. Pembuatan Asetat anhidrat

CO CH₄ C₂H₄ Keton Aseton

AsamAsetat

Asetat anhidrida

-312,6 -161 -154,8 -42,1 133,2 244,3 281,9

Fuel-byproduct Fuel byproduct Fuel byproduct

reaktan terkonversi Recycle-R-1- liquid Recycle R-2 –liquid Produk Utama

• Ada dua aliran produk : (CO + CH₄ + C₂H₆) dan asetat anhidrida

• Ada dua aliran recycle cairan yang dikembailak ke raktor yang berbeda: aseton ke R1 dan asam asetat ke R2

• Struktur recycle seperti gambar

Umpan Asam asetat

CO, CH₄ ,C₂H₄ 2 ^{2 4}

80 C and1atm KeteneAcetic Acid Acetic Anhydride,

Ketene  CO 1

C H , 700 C and 1atm AcetoneKeteneCH₄

Aseton Reactor Reactor separator

R1 R2

As. Asetat recycle Aseton recycle

Struktur recycleAsetatAnhidrid

As. anhidr

Reaktan Berlebih

Dalam beberapa kasus kegunaan reaktan berlebih:

• Dapat mendorong distribusi produk/selektivitas (1)

• Mendorong komponen lain mendekati konversi total (2)

• Mendorong konversi kesetimbangan (3) Sebagai contoh,

1. produksi isooktana dengan alkilasi butana (isobutan berlebih) (1) Butana + isobutana

butan + isooktan

isooktan C₁₂

2. Produksi COCl₂ (CO berlebih) (2) CO + Cl₂ COCl₂

3. Produksi siklohesan (H₂ berlebih) (3) Benzen + 3H₂ sikloheksan

“Tidak ada aturan baku untuk membuat pilihan jumlah

excess optimum, dan karena itu kita perlu melakukan analisis ekonomi terhadap

variabel desain ini”.

Neraca Massa Recycle

Reaktan Pembatas

Pertamakali kita membuat neraca massa reaktan pembatas. Untuk proses HDA, laju alir toluen masuk reaktor adalah F_T.

benzen purge

Umpan H₂

reactor separator

F_T (1-x)

difenil F_T (1-x)

F_T F_FT

Umpan toluen

Umpan Toluen ke reaktor = umpan segar toluen + recycletoluen F_T = F_FT + F_T (1-x)

F_T = F_FT/x

Reaktan Lainnya

Setelah kita menghitung laju alir reaktan pembatas, kita menggunkan rasio molar pada masukan reaktor u menghitung laju alir recycle komponen lain.

reaktor separator

R_G,y_PH

Benzen, P_B P_G, (H₂,CH₄)

F_H 5 CH₄

95H₂ F_G

difenil

F_T F_FT

Umpan toluen

F_H /F_T = MR = rasio molar hidrogen terhadap toluen y_H2F_G + y_PHR_G =MR(F_FT/x)

• Neraca massa Recycle

Recycle Gas:

y_FH Sy

FT T

G

x Sx 0.75

For x  0.75, P_B  265 and F_FT  273 and given molar ratio (MR).

Toluene:

F  F  P_B

 273  365

R  P_B  MR  x y y

PH  ^{FH PH} 

)

FH G PH G

G

FH PH

x P_B

(from balabces: y F  y R  MR F_FT

F 

S(y  y )

265  5 0.95

   3376

0.9694(0.4) 0.75 0.950.4

Design Heuristic

 Tidak tersedia aturan memilih x untuk kasus reaksi yg komplek.

 Tidak tersedia aturan memilih komposisi purging, y_PH atau rasio molar, MR.

 Untuk kasus reaksi tunggal tebakan awal yang memungkinkan adalah x =0,96 atau x = 0,98 x_eq

ByProduk Reversibel

Jika kita me-recycle by produk yg terbentuk oleh reaksi reversibel, dan komponen membentuk ke kesetimbangannya, seperti difenil dalam prosesHDA.

2 Benzen Difenil + H₂ Pada keluaran reaktor:

K_eq = [Difenil][H₂]/[benzen]²

Laju H₂ dan benzen telah ditentukan dengan menggunakan reaksi pertama dan perhitungan purging, shg kita dpt menggunakan kesetimbangan untuk menghitung laju difenil pada keluaran reaktor.

Effek Panas Reaktor

Beban Panas Reaktor

Untuk reaksi tunggal yg seluruh reaktan pembatas terkonversi dalam proses, beban panas reaktor :

Beban Panas reaktor = panas reaksi x laju umpan segar Q_R = ΔH_RF_FT

Contoh. Proses HAD

For x  0.75, P_B  265 and F_FT  273.

Q_R  H_R  F_FT  (21530)(273)  5.87810₆ But /hr

17

Dasar pemilihan:

- type - pressure - concentration - phase - temperature - catalyst

Reaction Path

Remark: EP = values of products-raw materials costs

Pemilihan reaktor

Struktur sistem pemisahan ditentukan berdasarkan fasa aliran yg keluar dari reaktor

Untuk proses uap-cair  3 skenario

1) Output reaktor adalah zat cair  kita hanya perlu sistem pemisahan cairan yang kolom distilasi, unit ekstraksi, distilasi azeotrop, dll  tidak akan ada unit absorber, adsorber

Pemisahan

Pemisahan (cont..)

2. Output reaktor adalah campuran dua

fasa, kita dapat menggunakan reaktor sebagai pembagi fasa (atau menempatkan flash drum setelah reaktor). Kita mengalirkan cairan ke sistem pemisahan cairan

 T reaktor > T air pendingin  output uap reactor didinginkan sampai 100F dan membagi fasa aliran tersebut.

 T< T cairan yang diflash dan mengandung lebih banyak reaktan dan tidak ada komponen produk yg terbentuk sebagai

intermediate dalam reaksi rantai), selanjutnya kita mendaur ulang (recycle) cairan tersebut ke reaktor (seperti refluk

kondenser)

 T < T cairan yang diflash dan mengandung sebagian besar produk  aliran ini dikembalikan ke sistem pemulihan uap.

 Aliran keluaran reaktor hanya sedikit (<<<<<) dan mengandung uap, kita sering mengirim keluaran reaktor secara langsung ke sistem pemisahan cairan (seperti distilasi).

Pemisahan (cont..)

Pemisahan (cont..)

3.

Output reactor adalah uap didinginkan

sampai 100oF (temperatur cooling water) dan

diatur hingga mencapai pemisahan fasa

(phase split) atau mengkondensaskan semua

aliran ini. Cairan terkondensasi dikirim ke

sistem pemulihan cairan, dan uap dikirim ke

sistem pemulihan uap.

Jika pemisahan fasa tidak ditemukan

memberi tekanan reaktor shg fasa terbagi tersebut diperoleh

 (dievaluasi apakah tekanan tinggi dapat dicapai dengan hanya menggunakan

pompa pada aliran umpan cairan, dan

apakah tekanan tdk berpengaruh terhadap distribusi produk).

Pemisahan (cont..)

Jika pemisahan fasa masih belum diperoleh, selanjutnya kita pertimbangkan kemungkinan menggunakan tekanan tinggi dan kondenser parsial yang direfrigerasi. Pada kasus tidak

terdapat pemisahan fasa yang dapat diperoleh tanpa refregerasi, kita juga pertimbangkan

kemungkinan mengirim aliran keluaran

reaktor secara langsung ke sistem pemulihan uap.

Pemisahan (cont..)

Recycle Economics

input/output: favors zero conversion and no purge recycle: favor large conversion and purge

THANK YOU