Spek Reaktor.xls

REAKTOR - 02 (R - 02)

Fungsi : Tempat terjadinya proses pembentukan Metil Metakrilat dengan mereaksikan produk intermediete den Tipe : Stirred Tank Reactor dengan menggunakan Sparger Bahan konstruksi : carbon steel

Kondisi operasi

:

Temperatur Tekanan Konversi Waktu Reaksi

Perhitungan : 1. konstanta kecepatan reaksi Propionaldehida WG= 3544.890 F AO = 61.036 Densitas = 727.800

kg/jam kmol/jam kg/m3

VA=

m3/jam

Formaldehida WG= F BO =

4.871

1832.653 61.036

kg/jam kmol/jam

Densitas =

894.200

kg/m3

2.049

m3/jam

VB=

Reaksi yang terjadi merupakan reaksi orde 2 Laju alir massa, Mfr Densitas campuran,ρc

=

Volumetric laju reaksi, Qf

= =

Konsentrasi Umpan, Fao ( mol umpan Propionaldehida masuk R-01 Cao = Fao/Qf Fbo ( mol umpan Formaldehida masuk R-01 Cbo = Fbo/Qf

Persamaan laju reaksi untuk orde 2 adalah (- ra = k CaCb)

untuk persamaan reaksi orde 2, digunakan

C Bo

dX B dt

= k (C Ao −

1 2

C Bo X Bo ) (C Bo − C Bo X B )

C Bo dX B C Bo (

C Ao C Bo

= k . dt −

1 2

X B ) C Bo ( 1− X B )

C Bo dX B C C 2 ( Ao − 1 2 X B ) (1−X B ) Bo C Bo dim ana : M=

C Ao

= k . dt

Bo

B

C Ao 1 C 2( − 2 X B ) (1−X B ) Bo C Bo

= k . dt

dim ana : M=

C Ao C Bo

1 dX B C Bo ( M −

1

2 X B ) ( 1− X B )

= k . dt

hasil int egrasi persamaan diatas : 1

( M − 2 XB ) 1 ln = k .t C Bo M (1 − X B) 2. Volume Reaktor, VR Untuk menentukan volume reaktor digunakan persamaan :



V C Ao C . XA V   Ao vo FAo  rA

 

V vo

 

V Q

V  . Q V

= = =

τ.Q 1 13.7093

faktor keamanan = volume total

20.00%

=

(1 + =

3. Menentukan tipe pengaduk

16.4512

Menurut Treybal (hal.146), untuk operasi mass transfer, dan Warren L. McCabe (opersi Teknik Kimia, hal 229) untuk jangkauan viskositas yang cukup luas maka jenis pengaduk yang biasanya digunakan secara umum adalah jenis “disk flate blade turbine”

4. menentukan konfigurasi mixer Konfigurasi tanki yang digunakan adalah Brooke dan Sue (Holland and Chapman, “Liquid Mixing and Processing in Stirred Tank”, p-160) a. Ratio tinggi liquid terhadap diameter tanki : HL/DT = 2.5 b. Ratio diameter impeller terhadap diameter tanki : Di/DT = 0,2 c. Ratio lebar baffle terhadap diameter tanki : Wb/DT = 0,1 d. Ratio tinggi impeller dari dasar tanki terhadap diameter tanki : Hi/DT = 0,3 e. Tipe impeller yang digunakan adalah Disk flate turbine f. Ratio lebar pengaduk terhadap diameter impeller : g/Di = 0,2 g. Ratio panjang blade pengaduk terhadap diameter impeller : r/Di = 0,25 h. Posisi baffle dari dinding tanki : rb = Di/48

Perhitungan : diameter tangki • Volume silinder (VS) Vs 

1 4



• Volume ellipsoidal bagian bawah (VE) 1 VE  24

DT



2

H

DT

s

3

1 h  DT 4

• Tinggi tangki (HT) HT

 H s  2h

1  2.5 DT  H s  2  DT  4   H s  2.0 DT

• Volume tangki total (VT) VT  Vs  2VE 

1  DT 4

2

 1 H s  2  DT  24

3

VT  Vs  2VE 1 1  DT 2 H s  2   DT  4  24 11   DT 3 24 

• Diameter tangki (DT)

DT

 24 VT   11  

DT

• Tinggi Tangki (Hs) Tinggi silinder

tinggi tutup

tinggi total tangki

tinggi liquid

diameter impeler

tinggi impeler

lebar baffle

lebar baffle pengaduk

panjang blade pengaduk

   

1

3

3

posisi baffle dari dinding tangki

Tebal dinding tangki, t

  P. ri   C t    S . E  0.6 P  dimana : P r S E C

maka :

outside diameter, OD ID OD

kecepatan putaran pengaduk  N   

600  Di

spgr

=

HL

= =

WELH

=

  WELH     x   2 Di   

0.5

=

Jadi : N

= =

menentukan tenaga pengaduk μL = =

ρ L N Di 2 N Re = μL

N Re

=

tenaga pengaduk Dari Fig. 6.5 Treybal didapat, Po =

P = P

Po

ρL N3 gc

Di5

Dari Fig.14.38 Peter, untuk Brake Horse Power diperoleh efisiensi motor sebesar

=

sehingga tenaga pengaduk yang dibutuhkan sebesar =

5. Menentukan Desain Sparger

Berdasarkan literatur Treybal (hal.153), digunakan sparger yang berbentuk lingkaran (ring – shaped sp dengan konfigurasi : a. Rasio diameter sparger terhadap diameter impeller : Ds/Di = 1 b. Ratio tinggi sparger terhadap diameter impeller : hs/Di = 0,8 perhitungan : diameter sparger

Ds

tinggi sparger

hs

debit per orifice

q

dari Treybal (hal.153), diperoleh diameter orifice yang paling baik berkisar antara 3 - 6,5 mm ambil diameter orifice diameter sparger

= do =

maka : jumlah orifice, Nt

=

=

Nt do 0,319

( )

1 2,142

= =

Luas area total orifice, At = =

flowrate total

=

massa udara densitas udara

= =

flowrate total

= =

maka : Vo

= = = =

jadi :' debit per orifice

q

6. Design Jacket heating System overall heat transfer coefficient U Fouling factor coefficient

Rd

Flow area Jacket

HL

volumetric flow area jacket heating system

flowrate heating steam densitas steam (120 oC) residence time

= = =

volumetrik flowrate

= =

tinggi jacket = tinggi liquid di dalam reaktor OD = outside diameter reaktor-01

=

D = diameter reaktor beserta jacket

maka : volumetric flow area jacket heating system

0.4644 m3 D

Sehingga, tebal jacket

=

=

= = =

aksikan produk intermediete dengan Metanol dan Oksigen dari udara

= = = =

80 2.5000 0.817 1

oc atm Jam

=

=

353.15 oK

60

Menit

BM =

58.0791

Kg/kmol

BM =

30.0260

Kg/kmol

Hysys

Hysys

(levenspiel) kg/jam 5377.543 392.254354061 Kg/m3

Hysys

Mfr/ρc 13.7093264352 m3/jam

= =

61.036 Kmol/jam 4.4521185954 kmol/m3

mol Propionaldehida sisa Ca

= =

= =

61.036 kmol/jam 4.4521185954 kmol/m3

mol Formaldehida sisa Cb

= =

(levenspiel, pers 49)

dimana diketahui Cbo

=

4.4521185954

M = (Cao/Cbo)

1

Xa (Konversi)

0.817

t

=

1

sehingga nilai k adalah k

=

0.263509497 m3/kmol.jam

(-ra)

= =

k CaCb 0.174916952 kmol/m3.jam

(-rb)

= =

kCbo(M-0,5Xb)(1-Xb) 0.126989799

jam x m3

13.7093 m3/jam

0.2000 ) x m3

13.7093 m3

an viskositas yang cukup luas enis “disk flate blade turbine”

nk”, p-160)

2

H

DT

s

3

 1  2  DT  24

3

  

 1  2  DT  24

T

   

1

3

  

3

=

2.2527

m

Hs

= =

3 DT 6.7580 m

h

= =

0.25 DT 0.5632 m

HT

= =

Hs + 2h 7.8843

HL

= =

1.8 DT 4.0548 m

Di

= = =

0.3 DT 0.6758 m 2.2172 ft

Hi

= =

0.3 DT 0.6758 m

Wb

= =

0.1 DT 0.2253 m

g

= =

0.2 DT 0.1352 m

r

=

0.25 DT

m

LH Di

= rb

= =

0.1689

DT m

DT 0.0469

/48 m

(table 4, hal 537, Peters and Timmerhaus)

   

= = = = =

tekanan desain jari-jari vessel working stress allowable joint effisiensi korosi maksimum

t

= = =

= = = = =

2.5000 1.1263 20000 1.00 0.125

atm m psi in

0.2065 in 0.0052 m 0.5246 cm

=

2.2527

m

= =

ID + 2t 2.2632

m

0.5

0.4038 4.0548 m 13.3031 ft

HL

x spgr

ρ air pada 80 oC =

971.5000 kg/m3

= =

N3

HL

5.3713 ft

94.8512 rpm 1.5809 rps

0.1073 cp 0.0001 kg/m. s

HYSYS

26383.3899

5

Di5

c

= =

1092.1854 J/s 1.4646 hp 2.0000 hp

1.4646 hp 81%

=

1.8082 hp

entuk lingkaran (ring – shaped sparger)

= =

Di 0.6758

= =

m

0.8 Di 0.5406 m

=

0,25 p do2 Vo

6.5

Nt do 0,319

( )

0, 319

Ds do

mm 1 2,142

2,142

( )

=

0.0065 m

=

2

hp

0, 319

Ds do

2,142

( )

6668.0308 buah 6668 buah

Nt x

1 π do 2 4 0.2212 m2

At x Vo

21614.6354 kg/jam 1.0921 kg/m3

HYSYS

massa udara / densitas udara 19791.8097 m3/jam

flowrate total / At 19791.8097 m3/jam / 89493.5092 m/jam 24.8593 m/s

0.2212 m2

= =

0,25 p do2 Vo 2.9682 m3/jam

=

200 - 500

W/m2. oC

(table 12.1, Coulson hal 638)

=

3000 - 6000

W/m2 . oC

(table 12.2, Coulson hal 516)

D OD

Flow Area Jacket

1 1 π D3 − π OD 2 H L + π OD 3 24 24

=

(

=

π H L ( D 2 − OD 2 ) − 4377.4347 942.6000 1

π D2 H L +

) (

kg/jam kg/m3 jam

)

1 π ( D3 − OD 3 ) 24

437.7435 HYSYS

437.7435 kg/jam x 0.4644 m3

1.0000 jam /

942.6000 kg/m3

4.0548 m 2.2632 m

1 1 π D3 − π OD 2 H L + π OD 3 24 24

=

(

=

π H L ( D 2 − OD 2 ) −

=

π D2 H L +

) (

12.7320 (D2

=

2.2715

meter

0.4636 m3

D - OD

-

)

1 π ( D3 − OD 3 ) 24 5.1219 ) -

0.1308 (D3

-

2.2715 m 0.0083 m 0.83 cm

2.2632 m

11.1695051289 kmol/jam 0.814737703 kmol/m3 11.1695051289 kmol/jam 0.814737703 kmol/m3

K

Timmerhaus)

36.7400 psi 44.3437 in table 4, Peter, hal538 table 4, Peter, hal538 table 6, Peter, hal538

HYSYS

11.5915 )

CSTR

REAKTOR - 01 Kapasitas Produksi Operasi Pabrik Satuan massa Basis Bahan Baku Produk Kapasitas Produksi

36000 ton/tahun 300 hari/tahun Kg 1 Jam operasi Propionaldehida dan Formaldehida Metakrolein Kg/Jam 5000

Ket :

Aliran 5 Aliran 6

A. Data Feed Reaktor-01 Senyawa Propionaldehida (C3H6O) Air (H2O) Formaldehida (CH2O) Air (H2O)

BM (kg/kmol) 58.0791 18.0150 30.0260 18.0150

kg 3544.8896 85.5140 1832.6533 3193.0435

kmol 61.0355 4.7468 61.0355 177.2436

Komponen Katalis Masuk Reaktor dengan rasio mol Asam asetat : Propionaldehid = 0.002 : Komponen Katalis Masuk Reaktor dengan rasio mol Dimetilamina : Propionaldehid = 0.005 : 1 B. Data Feed Katalis Senyawa Dibutil amina Asam asetat Air

BM (kg/kmol) 129.2460 60.0530 18.0150

C. Nilai Konversi YIELD Propionaldehid (C3H6O) F. Kondisi Operasi Reaktor

kg 39.9480 7.4246 0.2350

81.70%

kmol 0.3091 0.1236 0.0130

M R S

T reaktor P reaktor

80 2.5 atm

(Patent No. US 2014/0206897 A1, Hal 3)

D. Reaksi Pada Reaktor C3H6O 61.0355 49.8660 11.1695

CH2O 61.0355 49.8660 11.1695

C4H6O 0 49.8660 49.8660

E. Data Produk Reaktor-01 Senyawa Metakrolein (C4H6O) Air (H2O)

BM (gr/mol) 70.0901 18.015

kg` 3495.11587204 898.336747057

kmol 49.8660 49.8660

G. Neraca Massa Reaktor Komponen Propionaldehid Formaldehid Dibutilamina Asam Asetat Metakrolein Air Total

Komponen Propionaldehid Formaldehid Dibutilamina Asam Asetat Metakrolein Air Total

Input

Output

kg 3544.8896 1832.6533 39.9480 7.4246 0 3278.5575 8703.4732

kmol 61.0355 61.0355 0.3091 0.1236 0 181.9904 304.4942

input aliran 5 3,544.8896 1,832.6533 39.9480 7.4246 0.0000 3,278.5575 8,703.4732

output aliran 6 648.7148 335.3756 39.9480 7.4246 3,495.1159 4,176.8943 8,703.4732

kg 648.7148 335.3756 39.9480 7.4246 3495.1159 4176.8943 8703.4732

2896.1748 1497.2778

M R S

36000 5

=

Campuran Propionaldehid, Formaldehid & Air

=

Produk, bahan baku tidak bereaksi dan katalis

total air

3278.5575 181.9904 kmol

ropionaldehid = 0.002(Patent : No. US 2014/0206897 A1, Hal 3) Propionaldehid = 0.005 : 1

US Patent 2.848.499 dan US Patentn4.282.564

014/0206897 A1, Hal 3)

Reaktanbereakskmol kg tidak bereakaskg Propionaldehid 49.8660 2896.1748 11.1695 648.7148 Formaldehida 49.8660 1497.2778 11.1695 335.3756

H2O 0 49.8660 49.8660

Output kmol 11.1695 11.1695 0.3091 0.1236 49.8660 231.8565 304.4942

balance 8727.7002481

REAKTOR (R-01) Fungsi = Menghitung panas masuk R-01 dan panas keluar R-01 Neraca Massa Reaktor-01 Komponen Propionaldehid (C3H6O) Formaldehid (CHOH) Dimetilamin (C2H7N) Asam Asetat (CH3COOH) Metakrolein (C4H6O) Air (H2O) Total

Masuk Aliran 3 Kg Kmol 3590.2798 61.8171 1856.1193 61.8171 39.9480 0.3091 7.4246 0.1236 0 0 3233.9285 179.5131 8727.7002 303.5800

Keluar Aliran 5 Kg 657.0212 339.6698 39.9480 7.4246 3,539.8687 4,143.7679 8727.7002

MENGHITUNG KAPASITAS PANAS DENGAN METODE RIHANY & DOROISWARNY (SATUAN : KKAL/KMOL) Input dari H-01 IN T ref Toperasi

Celcius 25.000 80.000 25

Komponen Propionaldehid (C3H6O) Formaldehid (CHOH) Dibutilamin (C8H19N) Asam Asetat (CH3COOH) Metakrolein (C4H6O) Air (H2O)

OUT Kelvin 298.150 353.150 298.150

Celcius 25.000 80.000

NILAI A 99306.00 61900.00 144060.00 139640.00 16568 276370.00

B 115.73 28.30 499.10 -320.80 278.56 -2090.10

C 0.00 0.00 0.00 0.90 0.31981 81.25

a. Panas sensibel dari aliran campuran input R pada T = 45 oC Komponen Propionaldehid (C3H6O)

n(kmol/jam) 61.8171

Cp dt (kj/kmol K) 5636.872

Q1 (kj/jam) 348454.8868

Komponen

n(kmol/jam)

Cp dt (kj/kmol)

Q2 (kj/jam)

Formaldehid (CHOH)

61.8171

0.000

0.0000

Komponen Dibutilamin (C8H19N)

n(kmol/jam) 0.3091

Cp dt (kj/kmol K) 8678.1888

Q3 (kj/jam) 2682.3010

Komponen Asam Asetat (CH3COOH)

n(kmol/jam) 0.1236

Cp dt (kj/kmol) 7244.8193

Q4 (kj/jam) 895.7070

Komponen Air (H2O)

n(kmol/jam) 179.5131

Cp dt (kj/kmol K) 16513.7139

Q5 (kj/jam) 2964427.9706

Qin= Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + 3316460.865

kj

b. Panas sensibel dari aliran campuran produk R pada T = 80 oC Komponen Propionaldehid (C3H6O)

n(kmol/jam) 11.3125

Cp dt (kj/kmol K) 5,636.8716

Q6 (kj/jam) 63,767.2443

Komponen Formaldehid (CHOH)

n(kmol/jam) 11.3125

Cp dt (kj/kmol) 3,448.2530

Q7 (kj/jam) 39,008.4446

Komponen Dimetilamin (C2H7N)

n(kmol/jam) 0.3091

Cp dt (kj/kmol K) 8,678.1888

Q8 (kj/jam) 2,682.3010

Komponen Asam Asetat (CH3COOH)

n(kmol/jam) 0.1236

Cp dt (kj/kmol) 7,244.8193

Q9 (kj/jam) 895.7070

Komponen Metakrolein (C4H6O)

n(kmol/jam) 50.5045

Cp dt (kj/kmol K) 1,350.2981

Q10 (kj/jam) 68,196.1941

Komponen Air (H2O)

n(kmol/jam) 230.0176

Cp dt (kj/kmol K) Q11 (kj/jam) 16,513.7139 3,798,445.5968

Qout= Q6 + Q7 + Q8 + Q9 + Q10 + Q11 c. Panas Reaksi Qr

3,972,995.4877 kj

Diketahui data panas pembentukkan pada T = 25 oC = 298.15 K Sumber: Perry hal 197 & produk : Metakrolein (C4H6O) Air (H2O)

= =

-102.000 -285.830

kj/kmol kj/kmol

reaktan : Propionaldehid (C3H6O) Formaldehid (CHOH) ∆Hf

= = =

-186.300 -108.570 92.960

kj/kmol kj/kmol kj/kmol

Panas pembentukkan Standard pereaktan dan Bahan baku pada T = 298.15 K Komponen Propionaldehid (C3H6O) Formaldehid (CHOH)

n(kmol/jam) 61.8171 61.8171 Total

∆Hf (kj/kmol) -186.3000 -108.5700

Panas pembentukkan standard produk pada T = 298.15 K Komponen Metakrolein (C4H6O) Air (H2O)

∆HRᵒ =

n(kmol/jam) 50.5045 230.0176 Total

-52669.4079

n. ∆Hf -11516.5201 -6711.4793 -18227.9994

T = 25 C

∆Hf (kj/kmol) n. ∆Hf -102.0000 -5151.4637 -285.8300 -65745.9436 -70897.4073

kj/jam

Menghitung Panas Reaksi pada T = 80 oC Panas produk Komponen Metakrolein (C4H6O) Air (H2O)

n(kmol/jam) 50.5045 230.0176 Total

Cp dT 1350.2981 16513.7139

Q (kj/kmol) 68196.1941 3798445.5968 3866641.7908

Panas pereaktan Komponen Propionaldehid (C3H6O) Formaldehid (CHOH)

∆HR =

n(kmol/jam) 61.8171 61.8171 Total

3465517.496

Cp dT 5636.8716 0.0000

kj/jam

Q (kj/kmol) 348454.8868 0.0000 348454.8868

(endotermis)

d. Total panas Cp air = 4.1860 (Kkal/Kg K) T1 = 250 C T2 = 134.081 C Tref = 25 C Neraca Panas pada R-01 Q1 + Q-win = Q2 + Qr +Q-wout Qs = Q-wout - Q-win = Q1 - Q2 - Qr -4122052.118 e. Jumlah pemanas yang dibutuhkan

8494.92655972 kg/jam f. Panas sensibel yang dibawa oleh steam masuk

8000946.58027 kj/jam g. Panas sensibel steam keluar dari R-01

3878894.46188 kj/jam

NERACA PANAS R-01 Komponen Panas Masuk (kj/jam) Panas Keluar (kj/jam) Q in 3316460.8654 0.0000 Q out 0.0000 3972995.4877 Qr 0.0000 3465517.4961 Q-win 8000946.5803 0.0000 Q-wout 0.0000 3878894.4619 Total 11317407.4457 11317407.4457

Balance!

Keluar Aliran 5 Kmol 11.3125 11.3125 0.3091 0.1236 50.5045 230.0176 303.5800

OUT Kelvin 298.150 353.150

Cp dT D 0.00 0.00 0.00 0.00 0 -0.01

348454.887 kj

E 0.00 0.00 0.00 0.00 0 0.00

IN 5636.8716 0.0000 8678.1888 7244.8193 1350.2981 16513.7139

Komponen Propionaldehi d Dibutilamin

OUT 5636.8716 3448.2530 8678.1888 7244.8193 1350.2981 16513.7139

n(kmol/jam) Cp dt (kj/kmol Q1K) (kj/jam) 61.8110 ### ### 0.3091 ### ###

0.000 kj

Asam Asetat Air (H2O)

0.1236 179.4984 Total

### ###

895.6334 ### ###

2682.301 kj

895.707 kj

2964427.971 kj

63767.244 kj

39008.445 kj

2682.301 kj

895.707 kj

68196.194 kj

3798445.597 kj

Komponen Propionaldehi d Formaldehida Dibutilamin Asam Asetat Metakrolein Air (H2O) Total

n(kmol/jam) Cp dt (kj/kmol Q1K) (kj/jam) 11.3125 ### ### 11.3125 ### ### 0.3091 ### ### 0.1236 ### 895.7070 50.5045 ### ### 230.0176 ### ### ###

r: Perry hal 197 &

T = 25 C

Kj/mol

3866641.791

kj

348454.887 kj

523.15 K 407.231 K 298.15 K

Densitas umpan gas R-01 Komponen Propionaldehida Formaldehida Jumlah

Densitas (Kg/m3)) Kg

x 0.659202 3544.890 0.340798 1832.653 5377.543 1

Densitas cam(Kg/m3) 479.7676 304.7411 392.2544

Komponen Gliserol HCl Jumlah

Densitas (Kg/m3)) Kg x 1254.8414 27982.843667 0.834467 1473.5 5550.9445318 0.165533 33533.788199

Densitas cam(Kg/m3) 1047.124 243.9127 645.5183

Komponen MCP HCl Jumlah

Densitas (Kg/m3)) Kg x Densitas cam(Kg/m3) 1029.3273 16055.651 0.751701 773.746 1473.5 5303.4501896 0.248299 365.869 21359.101 1139.615

727.800 894.200

Viskositas umpan gas R-01 Densitas cam(Kg/m3)

KomponenVis (cP) Kg BM Propionald 0.2028028175 3544.890 Formaldeh 0.2376549407 1832.653 Jumlah 5377.543

x Vis cam(cP) 0.659202 0.133688 0.340798 0.080992 1 0.10734

Densitas cam(Kg/m3)

KomponenVis (cP) Kg BM Gliserol 509.1 27982.844 HCl 0.01491 5550.9445 33533.788

x Vis cam(cP) 0.834467 424.8272 0.165533 0.002468 212.4148

Densitas cam(Kg/m3)

KomponenVis (cP) Kg BM MCP 0.9341 16055.651 HCl 0.01491 5303.450 Jumlah 21359.101

x Vis cam(cP) 0.751701 0.702164 0.248299 0.003702 0.705866

Vis cam(cP)

Vis cam(cP)

Vis cam(cP)

REAKTOR - 02 (R - 02)

Fungsi : Tempat terjadinya proses pembentukan Metil Metakrilat dengan mereaksikan produk intermediete (Metakr Tipe : Stirred Tank Reactor dengan menggunakan Sparger Bahan konstruksi : carbon steel

Kondisi operasi

:

Temperatur Tekanan Konversi

Perhitungan : 1. konstanta kecepatan reaksi Metakrolein WG= 3730.132 F AO = 53.218 Densitas = 800.300 VA= Metanol WG= F BO = Densitas =

4.661

1704.937 53.209 753.800

kg/jam kmol/jam kg/m3 m3/jam

kg/jam kmol/jam kg/m3

VB=

m3/jam

2.262

Oksigen WG= F CO = Densitas =

4539.073 141.850 1.188

kg/jam kmol/jam kg/m3

VC=

3820.769

m3/jam

Reaksi C4H6O Metakrolein atau :

+

CH3OH Metanol

A + B + C

=

D

+ E

Persamaan Archenius :

k = A . e− E/RT k=

(

σ A + σ B + σC 3

2

)

√

N 1 1 1 −E/RT 8. π . K .T + + e 3 M A MB MC 10

(

)

dimana : σA σB σC N K T MA MB MC E R

= = = = = = = = = = =

diameter molekul A diameter molekul B diameter molekul C bilangan avogandro konstanta Boltzmann temperatur reaksi BM molekul A BM molekul B BM molekul C energi aktivasi konstanta gas

σ A = 1, 18 ( V A ) =

1 3

1.18

= = =

1.9711 1.97108702010329E-10 1.97108702010329E-08 1

σ B = 1,18 ( V B ) 3

= = = =

1.18 1.5489 1.5489332722199E-10 1.5489332722199E-08 1

σ C = 1, 18 ( V C ) 3

= = = =

1.18 18.4473 1.84472767535954E-09 1.84472767535954E-07

Energi aktivasi

k=

(

E

=

ΔH 298

= =

E

= = =

σ A + σ B + σC 3

2

)

√

N 1 1 1 −E/RT 8. π . K .T + + e 3 M A MB MC 10

(

k1 = k1 = k1 =

0.7621 0.000762137 2.7437

2. Waktu Reaksi: laju alir massa

)

=

densitas campuran

=

volumetrik flowrate

= =

mol Metakrolein mula-mula, n Ao = konsentrasi mula-mula, C Ao

= =

mol Metanol mula-mula, n Bo

=

konsentrasi mula-mula, C Bo

= =

mol oksigen mula-mula, n Co

=

konsentrasi mula-mula, C Co

= =

X C Ao C Bo C Co Q

= = = = =

CA

= = =

CB

0.937 4.2302 4.2294 11.2752 12.5807 C Ao (1- X A) 4.2302 0.2665

V C Ao C . XA V   Ao v o = FAo CBo – b/arA(CAo – CA) CBo – 1/1 (CAo – CAo (1-XA)) = V = CBo – 1/1 (CAo – CAo + CAo . XA)   CBo – 1/1 CAo . XA vo = 4.2294 V =   0.2658 Q =



V  . Q

    Asumsi :

vo V Q

V   Cb=Cc .Q

Reaksi orde 3 persaman untuk laju reaksi berorde tiga :

(

( 2 CA 0 +CB 0 )( CB 0 −CB ) CA 0 . CB +ln =( 2CA 0 −CB 0 )2 kt CB 0 . CB CA . CB 0

)

maka, t =

t=

(

( 2 CA 0 +CB 0 )( CB 0 − CB ) CA 0 .CB +ln CB 0 . CB CA .CB 0

t1 = t1 =

)

( 2 CA 0 −CB 0 )2 k

0.9110 54.6596

jam menit

3. Volume Reaktor, VR Untuk menentukan volume reaktor digunakan persamaan :

Vs 

V

1 4



= τ .1 Q VE  = 24 = 1 h  DT 4

DT



faktor keamanan =

H

DT

s

3

0.9110 11.4610

20.00% HT

volume total

2

=

 H s  2h

(1 +  1  2.5 DT  H s  2  DT  4  H s  2.0 DT

HT

 H s  2h

1  2.5 DT  H s  2  DT  = 4   H s  2.0 DT

13.7532

4. Menentukan tipe pengaduk Menurut Treybal (hal.146), untuk operasi mass transfer, dan Warren L. McCabe (opersi Teknik Kimia, hal 229) untuk jangkauan viskositas yang cukup luas VT  Vs  2V E maka jenis pengaduk yang biasanya digunakan secara umum adalah jenis “disk flate blade turbine” 1 1   DT 2 H s  2   DT 3    4  24  11 5. menentukan konfigurasi  mixer  DT 3 Konfigurasi tanki yang24 digunakan adalah Brooke dan Sue (Holland and Chapman, “Liquid Mixing and Processing in Stirred Tank”, p-160) a. Ratio tinggi liquid terhadap diameter tanki : HL/DT = 2.5 b. Ratio diameter impeller terhadap diameter tanki : Di/DT 1 = 0,2  24 VT   c. Ratio lebarD baffle diameter tanki : Wb/DT  = 0,1 3 Tterhadap   11   tanki terhadap diameter  tanki : Hi/DT = 0,3 d. Ratio tinggi impeller dari dasar e. Tipe impeller yang digunakan adalah Disk flate turbine f. Ratio lebar pengaduk terhadap diameter impeller : g/Di = 0,2 g. Ratio panjang blade pengaduk terhadap diameter impeller : r/Di = 0,25 h. Posisi baffle dari dinding tanki : rb = Di/48

Perhitungan : diameter tangki • Volume silinder (VS)

HT HL

• Volume ellipsoidal bagian bawah (VE)

• Tinggi tangki (HT)

• Volume tangki total (VT)

  P. ri   C t    S . E  0.6 P 

• Diameter tangki (DT)

• Tinggi Tangki (Hs) Tinggi silinder

tinggi tutup  N   

 WELH 600   x    tinggi Ditotal 2 Di tangki

tinggi liquid

HL diameter impeler

tinggi impeler

lebar baffle

HL

   

0.5

lebar baffle pengaduk

panjang blade pengaduk

posisi baffle dari dinding tangki

Tebal dinding tangki, t

dimana : P r S E C

maka :

outside diameter, OD ID OD

kecepatan putaran pengaduk

spgr

= =

=

WELH

= =

Jadi : N

= =

menentukan tenaga pengaduk μL = =

ρ L N Di 2 N Re = μL

N Re

=

tenaga pengaduk Dari Fig. 6.5 Treybal didapat, Po =

P = P

Po

ρL N3 gc

Di5

Dari Fig.14.38 Peter, untuk Brake Horse Power diperoleh efisiensi motor sebesar

=

sehingga tenaga pengaduk yang dibutuhkan sebesar =

6. Menentukan Desain Sparger

Berdasarkan literatur Treybal (hal.153), digunakan sparger yang berbentuk lingkaran (ring – shaped sparge dengan konfigurasi : a. Rasio diameter sparger terhadap diameter impeller : Ds/Di = 1 b. Ratio tinggi sparger terhadap diameter impeller : hs/Di = 0,8 perhitungan : diameter sparger

Ds

tinggi sparger

hs

debit per orifice

q

dari Treybal (hal.153), diperoleh diameter orifice yang paling baik berkisar antara 3 - 6,5 mm ambil diameter orifice diameter sparger

= do =

=

Nt do 0,319

( )

1 2,142

Nt do 0,319

( )

1 2,142

maka : jumlah orifice, Nt

= = =

Nt x

Luas area total orifice, At = =

flowrate total

=

massa udara densitas udara

= =

flowrate total

= =

maka : Vo

= = = =

jadi :' debit per orifice

q

6. Design Jacket heating System overall heat transfer coefficient U Fouling factor coefficient

Rd

1 π do 2 4

D D Flow area Jacket

HL

OD OD

Flow Area Jacket Flow Area Jacket

volumetric flow area jacket heating system

flowrate heating steam densitas steam (120 oC) residence time

= = =

volumetrik flowrate

= =

tinggi jacket = tinggi liquid di dalam reaktor OD = outside diameter reaktor-01

= =

D = diameter reaktor beserta jacket

maka : volumetric flow area jacket heating system

0.4231 m3 D 140.4803

Sehingga, tebal jacket

= = = =

aksikan produk intermediete (Metakrolein) dengan Metanol dan Oksigen dari udara

= = =

55 1.0000 0.937

oc atm

=

328.15 oK

BM =

70.0910

Kg/kmol

BM =

32.0420

Kg/kmol

Hysys

Hysys

BM =

31.9990

Kg/kmol

Hysys

+

O2 Oksigen

=

C5H8O2 Metil Metakrilat

+

H2O Air

(Pers.2.39 Levenspiel)

= = = = = =

6.20E+23 1.30E-23 55 70.0910 32.0420 31.9990

molekul/mol J/K oC =

=

0.001987

kkal/mol. K

(Pers.11-14 JM.Smith) (VA)^1/3

328.15

oA m cm

(Pers.11-14 JM.Smith) (VB)^1/3 oA m cm

(Pers.11-14 JM.Smith) (VC)^1/3 oA m cm

ΔH 298 - R.T

(Pers.2-47 Levenspiel)

-18659.4254 KJ/kmol kkal/mol -4.4567 ΔH 298 - R.T -4.4567 kkal/mol kkal/mol -5.1088

cm3/mol det m3/ Kmol. Det m3/ Kmol. Jam

9974.0000 kg/jam

-

0.0020 kkal/mol. K x

328.15

792.8000 kg/m3

Hysys

laju alir massa densitas 12.5807 m3/jam

53.2184 kmol/jam

n AO volumetrik flowrate 4.2301543144 kmol/m3

53.2094 kmol/jam

n AO volumetrik flowrate 4.2294403007 kmol/m3 141.8505 kmol/jam

n AO volumetrik flowrate 11.275221434 kmol/m3

kmol/m3 kmol/m3 kmol/m3 m3/jam

kmol/m3 x ( 1 kmol/m3

kmol/m3 - 1/1 kmol/m3

0.9370 )

4.2302 kmol/m3 x

0.9370 )

jam x m3

12.5807 m3/jam

0.2000 ) x

11.4610 m3

m3

an viskositas yang cukup luas enis “disk flate blade turbine”  DT 3   

nk”, p-160)

DT DT HT HL DT

DT DT DT DT DT

H    

DT

=

2.1221

Hs

h 0.5

Di

Hi

Wb

m

= =

8.4884

= =

0.25 0.5305 m

= =

Hs + 2h 9.5494

= =

0.75 Hs 6.3663 m

= = = = = = =

4 m

m

0.359080007 0.7620 m 2.5000 ft 0.3 0.6366

m 0.1

0.2122

m

0.7620

g

r

= =

0.2 0.1524

= =

0.25 0.1905 m

rb

= =

0.0442

m

/48 m

(table 4, hal 537, Peters and Timmerhaus)

= = = = =

tekanan desain jari-jari vessel working stress allowable joint effisiensi korosi maksimum

t

= = =

2.1221

m

= =

ID + 2t 2.1300

m

6.3663 m

1.0000 1.0610 20000 1.00 0.125

atm m psi in

0.1557 in 0.0040 m 0.3955 cm

=

0.8026

= = = = =

ρ air pada 50oC =

987.8000 kg/m3

= =

N3

20.8867 ft

x spgr 16.7635 ft

139.9519 rpm 2.3325 rps

0.3340 cp 0.0003 kg/m. s

HYSYS

32148.0603

5

Di5

c

= =

12923.8370 J/s 17.3311 hp

17.3311 hp 88%

=

19.6945 hp

=

entuk lingkaran (ring – shaped sparger)

= =

Di 0.7620

= =

m

0.7620

0.8 Di 0.6096 m 0,25  do2 Vo

=

6.5

Nt do 0,319

( )

mm 1 2,142

=

0.0065 m

20

hp

Nt do 0,319

1 2,142

Ds 0, 319 do

2,142

( )

( )

8623.3859 buah buah 8623

Nt x

1 π do 2 4 0.2860 m2

At x Vo

21614.6354 kg/jam kg/m3 1.0921 massa udara / densitas udara 19791.8097 m3/jam

flowrate total / At 19791.8097 m3/jam / 69200.8318 m/jam m/s 19.2225

0.2860 m2

= =

0,25  do2 Vo m3/jam 2.2951

=

200 - 500

W/m2. oC

(table 12.1, Coulson hal 638)

=

3000 - 6000

W/m2 . oC

(table 12.2, Coulson hal 516)

D

D OD

D OD

Flow Area Jacket

=

( π D H + 241 π D ) − ( π OD

=

π H L ( D 2 − OD 2 ) −

2

L

Flow Area 3 Jacket

4377.4347 kg/jam 942.6000 kg/m3 0.9110 jam

2

HL +

1 π OD 3 24

)

1 π ( D 3 − OD 3 ) 24

437.7435 HYSYS

437.7435 kg/jam x 0.4231 m3

0.9110 jam /

942.6000 kg/m3

6.3663 m 2.1300 m

=

( π D H + 241 π D ) − ( π OD

=

π H L ( D 2 − OD 2 ) −

= =

2

3

L

19.9901 (D2 2.1351

-

meter

2

HL +

1 π OD 3 24

)

1 π ( D 3 − OD 3 ) 24 4.5369 ) -

0.1308 (D3

-

0.4231 m3

D - OD 2.1351 m 0.0051 m 0.51 cm

2.1300 m

K

K

DT

Timmerhaus)

14.6960 psi 41.7734 in table 4, Peter, hal538 table 4, Peter, hal538 table 6, Peter, hal538

HYSYS

D OD

Flow Area Jacket

9.6636 )

REAKTOR - 02 (R - 02)

Fungsi : Tempat terjadinya proses pembentukan Metil Metakrilat dengan mereaksikan produk intermediete (Metakr Tipe : Stirred Tank Reactor dengan menggunakan Sparger Bahan konstruksi : carbon steel

Kondisi operasi

:

Temperatur Tekanan Konversi

Perhitungan : 1. konstanta kecepatan reaksi Metakrolein WG= 3730.132 F AO = 53.218 Densitas = 800.300 VA= Metanol WG= F BO = Densitas =

4.661

1704.937 53.209 753.800

kg/jam kmol/jam kg/m3 m3/jam

kg/jam kmol/jam kg/m3

VB=

2.262

m3/jam

Oksigen WG= F CO = Densitas =

4539.073 141.850 1.188

kg/jam kmol/jam kg/m3

VC=

3820.769

m3/jam

Reaksi C4H6O Metakrolein atau :

+

A + B + C

CH3OH Metanol =

D

+ E

BERDASARKAN BAB 22 LEVENSPIEL YAITU REAKSI SOLID LIQUID DAN GAS

Data Kag( Koefisien film gas) Kal(koefisien film liquid) Kac(koefisien film solid) dP (diameter katalis) rho katalus De (Difusivitas Solid) fs( solid loading) Ha (konstanta Henry utk Oksigen Cb (Konsentrasi akhir liquid) Cb 0(Konsentrasi awal liquid) Vl (Volume liquid) Vr (Volume reaktor) O2 (g ke l) + (Metakrolein+metanol)(l) --------------> MMA rA = K'CaCb > ac = 6fs/dp Kac.ac

=

MT Optimum yaitu 0.3

MT =L

√

k ' Cb ρs De

0.0003 0.02 3.86E-04 0.000005 12023 4.16E-10 4.99E-05 67146 0.2666 4.2305 5.0926 6.1111

MT =L

√

k ' Cb ρs De

MT/L (MT/L)^2 kcbps De

= =

360000 129600000000 7705124519230.77 4.16E-10

K'

=

0.0168199748

dari halaman 508 levenspiel

−rA ''''= 0.0496430664 50

2590.6735751295

371.7073272852

1.5090251095

−rA ''''= menentukan waktu reaksi

5.01E-04

3297.1100690472 54.9518344841 0.9158639081

3. Volume Reaktor, VR Untuk menentukan volume reaktor digunakan persamaan :

Vs 

V

1 4



= τ .1 Q V  E = 24 = 1 h  DT 4

DT



2

H

DT

s

3

0.0000 0.0000

faktor keamanan =

20.00% HT

volume total

 H s  2h

=

(1 +  1  2.5 DT  H s  2  DT  = 4  H s  2.0 DT

0.0000

4. Menentukan tipe pengaduk Menurut Treybal (hal.146), untuk operasi mass transfer, dan Warren L. McCabe (opersi Teknik Kimia, hal 229) untuk jangkauan viskositas yang cukup luas VT  Vs  2V E maka jenis pengaduk yang biasanya digunakan secara umum adalah jenis “disk flate blade turbine” 1 1   DT 2 H s  2   DT 3    4  24  11 5. menentukan konfigurasi  mixer  DT 3 24 Konfigurasi tanki yang digunakan adalah Brooke dan Sue (Holland and Chapman, “Liquid Mixing and Processing in Stirred Tank”, p-160) a. Ratio tinggi liquid terhadap diameter tanki : HL/DT = 2.5 b. Ratio diameter impeller terhadap diameter tanki : Di/DT 1 = 0,2  24 VT    D  c. Ratio lebar baffle diameter tanki : Wb/DT  = 0,1 3 Tterhadap  11  tanki  tanki : Hi/DT = 0,3 d. Ratio tinggi impeller dari dasar terhadap diameter e. Tipe impeller yang digunakan adalah Disk flate turbine f. Ratio lebar pengaduk terhadap diameter impeller : g/Di = 0,2 g. Ratio panjang blade pengaduk terhadap diameter impeller : r/Di = 0,25 h. Posisi baffle dari dinding tanki : rb = Di/48

Perhitungan : diameter tangki • Volume silinder (VS)

HT HL

• Volume ellipsoidal bagian bawah (VE)

• Tinggi tangki (HT)

• Volume tangki total (VT)

  P. ri   C t    S . E  0.6 P 

• Diameter tangki (DT)

• Tinggi Tangki (Hs) Tinggi silinder

tinggi tutup  N   

 WELH 600   x    tinggi Ditotal 2 Di tangki

tinggi liquid

HL diameter impeler

tinggi impeler

HL

   

0.5

lebar baffle

lebar baffle pengaduk

panjang blade pengaduk

posisi baffle dari dinding tangki

Tebal dinding tangki, t

dimana : P r S E C

maka :

outside diameter, OD ID OD

kecepatan putaran pengaduk

spgr

= = =

WELH

= =

Jadi : N

= =

menentukan tenaga pengaduk μL = =

ρ N Di N Re = L μL

N Re

2

=

tenaga pengaduk Dari Fig. 6.5 Treybal didapat, Po =

P = P

Po

ρL N gc

3

Di

5

Dari Fig.14.38 Peter, untuk Brake Horse Power diperoleh efisiensi motor sebesar

=

sehingga tenaga pengaduk yang dibutuhkan sebesar =

6. Menentukan Desain Sparger

Berdasarkan literatur Treybal (hal.153), digunakan sparger yang berbentuk lingkaran (ring – shaped sparge dengan konfigurasi : a. Rasio diameter sparger terhadap diameter impeller : Ds/Di = 1 b. Ratio tinggi sparger terhadap diameter impeller : hs/Di = 0,8 perhitungan : diameter sparger

Ds

tinggi sparger

hs

debit per orifice

q

dari Treybal (hal.153), diperoleh diameter orifice yang paling baik berkisar antara 3 - 6,5 mm

ambil diameter orifice diameter sparger

= do

=

Nt do 0,319

( )

=

1 2,142

maka : jumlah orifice, Nt

= = =

Nt x

Luas area total orifice, At = =

flowrate total

=

massa udara densitas udara

= =

flowrate total

= =

maka : Vo

= = = =

jadi :' debit per orifice

q

6. Design Jacket heating System overall heat transfer coefficient U

1 π do 2 4

Fouling factor coefficient

Rd

D D Flow area Jacket

HL

OD OD

Flow Area Jacket Flow Area Jacket

volumetric flow area jacket heating system

flowrate heating steam densitas steam (120 oC) residence time

= = =

volumetrik flowrate

= =

tinggi jacket = tinggi liquid di dalam reaktor OD = outside diameter reaktor-01 D = diameter reaktor beserta jacket

maka : volumetric flow area jacket heating system

0.0000 m3

= =

D 140.4803

Sehingga, tebal jacket

= = = =

aksikan produk intermediete (Metakrolein) dengan Metanol dan Oksigen dari udara

= = =

55 1.0000 0.937

oc atm

=

328.15 oK

BM =

70.0910

Kg/kmol

BM =

32.0420

Kg/kmol

Hysys

Hysys

BM =

31.9990

Kg/kmol

Hysys

+

O2 Oksigen

=

C5H8O2 Metil Metakrilat

+

H2O Air

mol/m3. pa.s m3l/m2.s m/s m kg/m3 m3/m cat.s pa.m3l/mol Kmol.m3 Kmol.m4 m3 m3

0.089362715 pa

266.6 mol.m3 4230.5 mol.m4 0.8333360606

273.15 59.88 2.31E-02

m^-1 m^-2 mol.kgmcat/m^6 m3/m cat.s

273.15

SEKON menit JAM

jam x m3

0.0000 m3/jam

0.2000 ) x

0.0000 m3

m3

an viskositas yang cukup luas enis “disk flate blade turbine”  DT 3   

nk”, p-160)

DT DT HT HL DT

DT DT DT

H    

DT DT

=

0.0000

Hs

h 0.5

Di

Hi

m

= =

0.0000

= =

0.25 0.0000 m

= =

Hs + 2h 0.0000

= =

0.75 Hs 0.0000 m

= = = = =

4 m

m

0.359080007 0.0000 m 0.0000 ft 0.3 0.0000

m

0.7620

Wb

= =

g

r

0.1 0.0000

m

= =

0.2 0.0000

= =

0.25 0.0000 m

rb

= =

0.0000

m

/48 m

(table 4, hal 537, Peters and Timmerhaus)

= = = = =

tekanan desain jari-jari vessel working stress allowable joint effisiensi korosi maksimum

t

= = =

0.1250 in 0.0032 m 0.3175 cm

=

0.0000

m

= =

ID + 2t 0.0064

m

= = = = =

1.0000 0.0000 20000 1.00 0.125

atm m psi in

= =

N

ρ air pada 50oC =

#VALUE! 0.0000 m 0.0000 ft

x spgr #VALUE! ft

#DIV/0! rpm #DIV/0! rps

0.3340 cp 0.0003 kg/m. s

HYSYS

#VALUE!

5 3

Di

5

c

= =

#VALUE! J/s #VALUE! hp

987.8000 kg/m3

#VALUE! hp 88%

=

#VALUE! hp

=

entuk lingkaran (ring – shaped sparger)

= =

Di 0.0000

m

= =

0.0000

0.8 Di m

=

0,25  do2 Vo

0.7620

#VALUE! hp

6.5

mm

Nt do 0,319

1 2,142

Ds 0, 319 do

2,142

( )

=

0.0065 m

( )

0.0000 buah buah 0

Nt x

1 π do 2 4 0.0000 m2

At x Vo

21614.6354 kg/jam kg/m3 1.0921 massa udara / densitas udara 19791.8097 m3/jam

flowrate total / At 19791.8097 m3/jam / #DIV/0! m/jam m/s #DIV/0!

0.0000 m2

= =

0,25  do2 Vo m3/jam #DIV/0!

=

200 - 500

W/m2. oC

(table 12.1, Coulson hal 638)

=

3000 - 6000

W/m2 . oC

(table 12.2, Coulson hal 516)

D OD

D OD

Flow Area Jacket

=

( π D H + 241 π D ) − ( π OD

=

π H L ( D 2 − OD 2 ) −

2

L

Flow Area 3 Jacket

4377.4347 kg/jam 942.6000 kg/m3 0.0000 jam

2

HL +

1 3 π OD 24

)

1 π ( D 3 − OD 3 ) 24

437.7435 HYSYS

437.7435 kg/jam x 0.0000 m3

0.0000 jam /

942.6000 kg/m3

0.0000 m 0.0064 m

=

( π D H + 241 π D ) − ( π OD

=

π H L ( D 2 − OD 2 ) −

=

2

3

L

0.0000 (D2

-

2

HL +

1 π OD 3 24

)

1 π ( D 3 − OD 3 ) 24 0.0000 ) -

0.1308 (D3

-

=

2.1351

meter

-1.2734 m3

D - OD 2.1351 m 2.1287 m 212.87 cm

0.0064 m

202.2752

K

K

DT

Timmerhaus)

14.6960 psi 0.0000 in table 4, Peter, hal538 table 4, Peter, hal538 table 6, Peter, hal538

HYSYS

D OD

Flow Area Jacket

0.0000 )

REAKTOR - 02 CSTR WITH OXYGEN DISTRIBUTOR

Ket : Aliran 9 Aliran 10 Aliran 11 Aliran 12

= = = =

54.85

A. Data Feed Reaktor-02

2.4E-07

Senyawa BM (kg/kmol) kg kmol Metakrolein 70.091 3730.131901027 53.2184146471 Metanol 32.042 1704.936614878 53.2094318357 Oksigen 31.999 4539.073430425 141.8504775282 Nitrogen 28.014 17075.56 609.5367299405 Metil Metakrilat 100.1175000016 0 0 Air 18.015 0.1618253473 0.0089828114

Senyawa Udara Nitrogen Oksigen x=0.175884

Laju Alir(kg/h) act volume (m3/h)Oksigen Terlarut 21614.63538298 19791.8097088 798.3503912369 kg/h 17075.56195255 15635.52966995 797.8255395614 4539.073430425 4156.280038847 798.3503912369 densitas pd 50 c 1.0921 kg/m3

B. Data Feed Katalis Senyawa Pd Pb Mg Al2O3

Pd5Pb5Mg2/Al2O3 74.4537305594 0.0491 3.6557 0.0490 3.6482 0.0194 1.4444 0.8825 65.7054

C. Konversi Reaksi Konversi metakrolein(C4H6O)

kg kg kg kg kg

0.01996 (Patent No. US 2014/0 persentase katalis dari jumlah me

Sumber: Yanyan Diaoa,b, Ruiyi Y Effects of Pb and Mg doping in A esterification of aldehydes with a

Journal of Molecular Catalysis A 93.70%

D. Kondisi Operasi Reaktor T reaktor P reaktor

50 1 atm

(Patent No. US 2014/0206897 A1, Hal 3)

E. Reaksi Pada Reaktor M R S

C4H6O 53.2184 49.8657 3.3528

CH3OH 53.2094 49.8657 3.3438

1/2 O2 141.8505 24.9328 116.9177

C5H8O2 H2O 0.0000 0.0000 49.8657 49.8657 49.8657 49.8657

F. Neraca Massa Reaktor Input Output kg kmol kg kmol kg Metakrolein 3730.131901027 53.2184146471 0 0 234.9983 Metanol 1704.936614878 53.2094318357 0 0 107.1413 Oksigen 0 0 4539.073430425 141.8505 3741.248 Nitrogen 17075.56 609.5367 17075.56 Metil Metakrilat 0 0 0 0 4992.425 Air 0.1618253473 0.0089828114 0 0 898.4916 Katalis 74.4537305594 74.45373 5509.684071812 Err:522 21614.63538298 Err:522 27124.32 Total 27124.3194547885 27124.3194548695 Komponen

Komponen Metakrolein Metanol Oksigen Nitrogen Metil Metakrilat Air katalis Total

input Reaktor (kg) aliran 16 aliran 17 3,730.1319 0.0000 1,704.9366 0.0000 0.0000 4,539.0734 17,075.5620 0.0000 0.0000 0.0000 0.1618 0.0000 74.4537 0.0000 5,509.6841 21,614.6354 27124.3195 3730.131901027 X 74.6026380205 Pd

output Reaktor (kg) aliran 18 aliran 19 234.9983097647 0.0000 107.1413126108 0.0000 0.0000 3741.248 0.0000 17075.56 4992.424666917 0.0000 898.4915916024 0.0000 74.4537305594 0.0000 6307.509611454 20816.81 27124.3194548695

50 1 4.9% 3.66299

Pb Mg Al2O3

M R S

4.9% 3.655529 1.9% 1.447291 88.2500% 65.83683

Input Seluruh Reaktan

Input Oksigen Venting Oksigen

Output Produk Utama dan Produk Samping

851.8754 densitas p

1.0921

15635530 260592

(Patent No. US 2014/0206897 A1, Hal 3) e katalis dari jumlah metakrolien masuk reaktor

Yanyan Diaoa,b, Ruiyi Yana,b, Suojiang Zhanga,∗, Pu Yanga, Zengxi Li b, LeiWanga, Haifeng Donga,b Pb and Mg doping in Al2O3-supported Pd catalyst on direct oxidative ion of aldehydes with alcohols to esters Molecular Catalysis A: Chemical 303 (2009) 35–42

Output kmol 3.35276 3.343777 116.9177 609.5367 49.86565 49.87464

bereaksi 3495.134 1597.795 797.8255 898.3298

832.8912 27124.3194548695

aliran 19 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

aliran 18 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 74.4537 74.4537

REAKTOR (R-02)

Fungsi = untuk menghitung panas masuk reaktor-02 dengan panas yang keluar dari reaktor Neraca Massa Reaktor-01 Masuk Aliran 3

Komponen

Kg Metakrolein (C4H6O) 3730.1319010267 Metanol (CH3OH) 1704.9366148781 Oksigen (O2) 4539.0734304252 Nitrogen (N2) 17075.5619525518 Metil Metakrilat (C5H8O2) 0 Air (H2O) 0.1618253473 Total 27049.8657

Kmol 53.2184146471 53.2094318357 141.8504775282 609.5367299405 0 0.0089828114 857.8240

MENGHITUNG KAPASITAS PANAS DENGAN METODE RIHANY & DOROIS (SATUAN : KKAL/KMOL) Input dari H-01 IN Celcius 25.000 50.000

Kelvin 298.150 323.150

A 16568 105800.00 68337.00 -33400.00 529780.00 276370.00

B 278.56 -362.23 -613.54 3507.00 -5340.70 -2090.10

T ref Toperasi

Komponen

NILAI

Metakrolein (C4H6O) Metanol (CH3OH) Oksigen (O2) Nitrogen (N2) Metil Metakrilat (C5H8O2) Air (H2O)

a. Panas sensibel dari aliran campuran input R pada T = 55 oC Komponen Metakrolein (C4H6O)

n(kmol/jam) 53.2184

Cp dt (kj/kmol K) 502.9157

Komponen Metanol (CH3OH)

n(kmol/jam) 53.2094

Cp dt (kj/kmol) 2536.6880

Komponen Oksigen (O2)

n(kmol/jam) 141.8505

Cp dt (kj/kmol K) 1554.8917

Komponen Nitrogen (N2)

n(kmol/jam) 609.5367

Cp dt (kj/kmol K) 38.4798

Komponen Air (H2O)

n(kmol/jam) 0.0090

Cp dt (kj/kmol K) 6677.9106

Qin= Q1 + Q2 + Q3 + Q4

405817.077

kj

b. Panas sensibel dari aliran campuran produk R pada T = 55 oC Komponen Metakrolein (C4H6O)

n(kmol/jam) 3.3564

Cp dt (kj/kmol K) 502.9157

Komponen Metanol (CH3OH)

n(kmol/jam) 3.3474

Cp dt (kj/kmol) 2536.6880

Komponen Oksigen (O2)

n(kmol/jam) 116.9012

Cp dt (kj/kmol K) 1554.8917

Komponen Nitrogen (N2)

n(kmol/jam) 609.5367

Cp dt (kj/kmol K) 38.4798

Komponen Metil Metakrilat (C5H8O2)

n(kmol/jam) 49.9194

Cp dt (kj/kmol) 11690.9795

Komponen Air (H2O)

n(kmol/jam) 49.9284

Cp dt (kj/kmol K) 6677.9106

Qout= Q5 + Q6 + Q7 + Q8 + Q9

1132426.8200

c. Panas Reaksi Qr

Diketahui data panas pembentukkan pada T = 25 oC = 298.15 K

produk : Metil Metakrilat (C5H8O2) Air (H2O)

= =

347.4 -285.830

reaktan : Metakrolein (C4H6O) Metanol (CH3OH) Oksigen (O2)

= = =

-112 -238.660 0

∆Hf

=

-412.230

Panas pembentukkan Standard pereaktan dan Bahan baku pada T = 298.15 K Komponen Metakrolein Metanol Oksigen

∆Hf (kj/kmol) -112.0000 -238.6600 0.0000

n(kmol/jam) 53.2184 53.2094 141.8505 Total

Panas pembentukkan standard produk pada T = 298.15 K Komponen Metil Metakrilat Air

∆HRᵒ =

n(kmol/jam) 49.8985 49.9074 Total

21729.106

∆Hf (kj/kmol) 347.4000 -285.8300

kj/jam

Menghitung Panas Reaksi pada T = 50 oC Panas produk Komponen Metil Metakrilat Air

Panas pereaktan Komponen Metakrolein

n(kmol/jam) 49.898 49.9074407134 Total

Cp dT 11690.979 6677.911

n(kmol/jam) 53.2184

Cp dT 502.9157

Metanol Oksigen

53.2094 141.8505 Total

∆HR =

2536.6880 1554.8917

556066.164

kj/jam

d. Total panas Cp air = 4.1860 (Kkal/Kg K) T1 = T2 = Tref =

120 50 25

Neraca Panas pada R-01 Q1 + Q-win = Q2 + Qr +Q-wout Qs = Q-wout - Q-win = Q1 - Q2 - Qr Qs =

-1282675.907

e. Jumlah pemanas yang dibutuhkan

4377.4346686122

kg/jam

f. Panas sensibel yang dibawa oleh steam pendingin masuk

1740774.44466702

kj/jam

g. Panas sensibel steam keluar dari R-01

458098.538070268

kj/jam

NERACA PANAS R-01 Komponen Panas Masuk (kj/jam) Panas Keluar (kj/jam)

Q in Q out Qr Q-win Q-wout Total

405817.0775 0.0000 0.0000 1740774.4447 0.0000 2146591.5221

0.0000 1132426.8200 556066.1640 0.0000 458098.5381 2146591.5221

yang keluar dari reaktor-02

Keluar Aliran 5 Kg 235.1529040344 107.2120132645 3740.7230391883 17075.5619525518 4995.7089469019 899.0825444519 27053.4414

Kmol 3.354965745 3.3459838108 116.9012481386 609.5367299405 49.8984587791 49.9074407134 832.9448

E RIHANY & DOROISWARNY )

OUT Celcius 25.000 50.000

Kelvin 298.150 323.150

Cp dT C 0.31981 0.94 7.93 -46.70 22.71 81.25

D 0 0.00 -0.03 0.21 -0.03 -0.01

Q1 (kj/jam) 26764.3750

26764.375 kj

Q2 (kj/jam) 134975.7283

134975.728 kj

E 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

IN 502.9157 2536.6880 1554.8917 38.4798 11690.9795 6677.9106

Komponen Metakrolein Metanol Oksigen

Nitrogen Air

Q3 (kj/jam) 220562.1254

220562.125

kj

Q3 (kj/jam) 23454.8623

23454.862

kj

Q4 (kj/jam) 59.9864

59.986

kj

Tot

Komponen Metakrolein Metanol Oksigen Nitrogen Metil Metakrilat Air

Tot

Q5 (kj/jam) 1687.9729

1687.973

kj

Q6 (kj/jam) 8491.2861

8491.286

kj

Q7 (kj/jam) 181768.7766

181768.777

kj

Q3 (kj/jam) 23454.8623

23454.862

kj

Q8 (kj/jam) 583606.6580

583606.658

kj

Q9 (kj/jam) 333417.2642

333417.264

kj

kj

Sumber: Thermodynamics (J.M.Smith) hal 659 & Perry hal 197 &

kj/kmol kj/kmol

kj/kmol kj/kmol kj/kmol kj/kmol

= 298.15 K

T = 25 C n. ∆Hf -5960.4624 -12698.9630 0.0000 -18659.4254 T = 25 C n. ∆Hf 17334.7246 -14265.0438 3069.6808

Q (kj/kmol) 583361.858 333277.428 916639.287

Q (kj/kmol) 26764.3750

916639.287

kj

134975.7283 220562.1254 382302.2288

382302.229 kj

(endotermis)

C C C

393.15 K 323.150 K 298.15 K

Balance!

OUT 502.9157 2536.6880 1554.8917 38.4798 11690.9795 6677.9106

n(kmol/jam) 53.2184 53.2094 141.8505

Cp dt (kj/kmol K) 502.9157 2536.6880 1554.8917

Q1 (kj/jam) 26764.3750 134975.7283 220562.1254

609.5367 0.0090

38.4798 6677.9106

23454.8623 59.9864 405817.0775

Cp dt (kj/kmol K) 502.9157 2536.6880 1554.8917 38.4798 11690.9795 6677.9106

Q1 (kj/jam) 1687.2649 8487.7171 181768.7766 23454.8623 583361.8583 333277.4283 1132037.9073

Total

n(kmol/jam) 3.3550 3.3460 116.9012 609.5367 49.8985 49.9074 Total

REAKTOR - 02 (R - 02)

Fungsi : Tempat terjadinya proses pembentukan asam terephtalat lebih lanjut dengan mereaksikan produk intermed Tipe : Continous Stirred Tank Reactor dengan menggunakan Sparger Bahan konstruksi : carbon steel

Kondisi operasi

:

Temperatur Tekanan Konversi

Perhitungan : 1. konstanta kecepatan reaksi Liquid paraxylene WG= 410.048 kg/jam F AO = 3.862 kmol/jam Densitas = #REF! kg/m3 VA=

Gas Oksigen WG= F BO =

#REF! m3/jam

7507.458 kg/jam 234.615 kmol/jam

= = =

205 oc #REF! atm 0.997

=

Densitas =

#REF! kg/m3

VB=

#REF! m3/jam

Reaksi 1 C6H4(CH3)2 p-xylene atau :

+

O2

A + B

=

C

=

C6H4CH3COH + p-toluic aldehyd

H2O

+ D

Persamaan Archenius :

k= A.e

k=

(

− E/RT

σ A + σB 2

2

)

dimana : σA σB N K T MA MB E R

N 103

= = = = = = = = =

√

1 1 −E/RT 8. π .K .T + e M A MB

(

diameter molekul A diameter molekul B bilangan avogandro konstanta Boltzmann temperatur reaksi BM molekul A BM molekul B energi aktivasi konstanta gas

1

σ A = 1, 18 ( V A ) 3 = = = =

σ B = 1,18 ( V B )

1.18 #REF! #REF! #REF!

1 3

(VA)^1/3 oA m cm

)

= = = = = =

= = = =

1.18 #REF! #REF! #REF!

(VB)^1/3 oA m cm

Energi aktivasi E

=

ΔH 298

= =

-14686.3632 KJ/kmol -3.5078 kkal/mol

E

= = =

ΔH 298 - R.T -3.5078 kkal/mol -4.4579 kkal/mol

k=

(

σ A + σB 2

2

)

N 103

k1 = k1 = k1 =

ΔH 298 - R.T

√

8. π .K .T

(

1 1 −E/RT + e M A MB

)

#REF! cm3/mol det #REF! m3/ Kmol. Det #REF! m3/ Kmol. Jam

Waktu Reaksi 1 : laju alir massa densitas campuran

= =

volumetrik flowrate

=

78029.8743 kg/jam #REF! kg/m3

laju alir massa densitas

=

mol paraxylene mula-mula, n Ao konsentrasi mula-mula, C Ao

#REF! m3/jam

=

3.8623 kmol/jam

n AO

=

volumetrik flowrate =

#REF! kmol/m3

-

mol oksigen mula-mula, n Bo konsentrasi mula-mula, C Bo

=

234.6154 kmol/jam

n AO

=

volumetrik flowrate =

#REF! kmol/m3

X C Ao C Bo Q

= = = =

CA

= = =

C Ao (1- X A) #REF! kmol/m3 x ( 1 #REF! kmol/m3

= = = = = =

CBo – b/a (CAo – CA) CBo – 1/1 (CAo – CAo (1-XA)) CBo – 1/1 (CAo – CAo + CAo . XA) CBo – 1/1 CAo . XA #REF! kmol/m3 - 1/1 ( #REF! kmol/m3 x #REF! kmol/m3

CB

0.997 #REF! kmol/m3 #REF! kmol/m3 #REF! m3/jam

persaman untuk laju reaksi berorde dua :

ln

C B . C Ao

= CAo ( M-

C Bo . C A

M

C Bo

=

C Ao

= t =

1 CAo ( M-

t1 = t1 =

#REF! ln

1 2

)k

C B . C Ao C Bo . C A

#REF! jam #REF! menit

Liquid Asam p - toluic aldehyd WG= 1672.200 kg/jam

1 2

) kt

0.9970

F AO = Densitas =

13.918 kmol/jam #REF! kg/m3

VA=

#REF! m3/jam

Gas oksigen WG= F BO = Densitas =

7384.201 kg/jam 230.763 kmol/jam #REF! kg/m3 =

VB=

#REF! m3/jam

Reaksi 2 C6H4CH3COH p-toluic aldehyd atau :

+

A + 1/2 B

1/2 O2

=

=

C6H4CHCOOH asam p-toluat

C

Persamaan Archenius :

k = A . e− E/RT k=

(

σ A + σB 2

2

)

N 103

√

8. π .K .T

(

1 1 −E/RT + e M A MB

)

dimana : σA σB N K T MA MB E R

= = = = = = = = =

σ A = 1, 18 ( V A )

diameter molekul A diameter molekul B bilangan avogandro konstanta Boltzmann temperatur reaksi BM molekul A BM molekul B energi aktivasi konstanta gas

1 3

= = = = = =

1 3

σ A = 1, 18 ( V A ) = = = =

σ B = 1,18 ( V B )

1.18 #REF! #REF! #REF!

(VA)^1/3 oA m cm

1.18 #REF! #REF! #REF!

(VB)^1/3 oA m cm

1 3

= = = =

Energi aktivasi E

=

ΔH 298

= =

-14686.3632 KJ/kmol -3.5078 kkal/mol

E

= = =

ΔH 298 - R.T -3.5078 kkal/mol -4.4579 kkal/mol

k=

(

σ A + σB 2

2

)

N 103

k2 = k2 = k2 =

ΔH 298 - R.T

√

8. π .K .T

(

1 1 −E/RT + e M A MB

)

#REF! cm3/mol det #REF! m3/ Kmol. Det #REF! m3/ Kmol. Jam

Waktu Reaksi 2 : laju alir massa densitas campuran

= =

volumetrik flowrate

= =

78029.8743 kg/jam #REF! kg/m3

laju alir massa densitas #REF! m3/jam

-

mol p-toluic aldehyd mula-mula, n Ao konsentrasi mula-mula, C Ao

=

13.9176 kmol/jam

n AO

=

volumetrik flowrate =

mol oksigen mula-mula, n Bo konsentrasi mula-mula, C Bo

=

#REF! kmol/m3

230.7635 kmol/jam

n AO

=

volumetrik flowrate =

#REF! kmol/m3

X C Ao C Bo Q

= = = =

CA

= = =

C Ao (1- X A) #REF! kmol/m3 x ( 1 #REF! kmol/m3

= = = = = =

CBo – b/a (CAo – CA) CBo – 1/2 (CAo – CAo (1-XA)) CBo – 1/2(CAo – CAo + CAo . XA) CBo – 1/2 CAo . XA #REF! kmol/m3 - 1/2 ( #REF! kmol/m3

CB

0.997 #REF! kmol/m3 #REF! kmol/m3 #REF! m3/jam

persaman untuk laju reaksi berorde dua :

ln M

C B . C Ao C Bo . C A = =

= CAo (M-

1 2

C Bo C Ao #REF!

) kt

0.9970

#REF! kmol/m3 x

1

t =

CAo ( M-

C B . C Ao C Bo . C A

ln

1 2

)k

t2 = t2 =

#REF! jam #REF! menit

Liquid asam p-toluat WG= 13771.390 kg/jam F AO = 101.148 kmol/jam Densitas = #REF! kg/m3 = VA=

#REF! m3/jam

Gas oksigen WG= F BO = Densitas =

7162.125 kg/jam 223.823 kmol/jam #REF! kg/m3 =

VB=

#REF! m3/jam

Reaksi 3 C6H4CHCOOH asam p-toluic atau :

+

A + B

O2

=

=

C

C6H4COHCOOH + H2O 4-CBA

+ D

Persamaan Archenius :

k= A.e

− E/RT

σ A + σB k= 2

(

2

)

N 103

√

8. π .K .T

(

1 1 −E/RT + e M A MB

)

dimana : σA σB N K

= = = =

diameter molekul A diameter molekul B bilangan avogandro konstanta Boltzmann

= =

T MA MB E R

= = = = =

temperatur reaksi BM molekul A BM molekul B energi aktivasi konstanta gas

= = = =

1 3

σ A = 1, 18 ( V A ) = = = =

1.18 #REF! #REF! #REF!

(VA)^1/3 oA m cm

1.18 #REF! #REF! #REF!

(VB)^1/3 oA m cm

1

σ B = 1,18 ( V B ) 3

= = = =

Energi aktivasi E

=

ΔH 298

= =

-14686.3632 KJ/kmol -3.5078 kkal/mol

E

= = =

ΔH 298 - R.T -3.5078 kkal/mol -4.4579 kkal/mol

k=

(

σ A + σB

k3 = k3 = k3 =

2

2

)

N 103

ΔH 298 - R.T

√

8. π .K .T

(

1 1 −E/RT + e M A MB

)

#REF! cm3/mol det #REF! m3/ Kmol. Det #REF! m3/ Kmol. Jam

-

Waktu Reaksi 3 : laju alir massa densitas campuran

= =

volumetrik flowrate

=

78029.8743 kg/jam #REF! kg/m3

laju alir massa densitas

=

#REF! m3/jam

mol asam p-toluat mula-mula, n Ao konsentrasi mula-mula, C Ao

=

101.1483 kmol/jam

n AO

=

volumetrik flowrate =

mol oksigen mula-mula, n Bo konsentrasi mula-mula, C Bo

=

#REF! kmol/m3

223.8234 kmol/jam

n AO

=

volumetrik flowrate =

#REF! kmol/m3

X C Ao C Bo Q

= = = =

CA

= = =

C Ao (1- X A) #REF! kmol/m3 x ( 1 #REF! kmol/m3

= = = = = =

CBo – b/a (CAo – CA) CBo – 1/1 (CAo – CAo (1-XA)) CBo – 1/1 (CAo – CAo + CAo . XA) CBo – 1/1 CAo . XA #REF! kmol/m3 - 1/1 ( #REF! kmol/m3 x #REF! kmol/m3

CB

0.997 #REF! kmol/m3 #REF! kmol/m3 #REF! m3/jam

persaman untuk laju reaksi berorde dua :

0.9970

C B . C Ao

ln

C Bo . C A

M

= CAo (M-

1 2

C Bo

=

C Ao

=

#REF!

1

t =

) kt

CAo ( Mt3 = t3 =

ln

1 2

)k

C B . C Ao C Bo . C A

#REF! jam #REF! menit

Sehingga ;Waktu Reaksi Total : ttotal = ttotal =

#REF! jam #REF! menit

3. Volume Reaktor, VR Untuk menentukan volume reaktor tipe plug flow (PFR) digunakan persamaan :

τ=

V C Ao C . XA V = = Ao vo F Ao −r A

V vo V τ= Q V=τ .Q τ=

V

= = =

faktor keamanan =

τ.Q #REF! jam x #REF! m3

20.00%

#REF! m3/jam

volume total

=

(1 + =

0.2000 ) x

#REF!

#REF! m3

4. Menentukan tipe pengaduk Menurut Treybal (hal.146), untuk operasi mass transfer, dan Warren L. McCabe (opersi Teknik Kimia, hal 229) untuk jangkauan viskositas yang cukup luas maka jenis pengaduk yang biasanya digunakan secara umum adalah jenis “disk flate blade turbine”

5. menentukan konfigurasi mixer Konfigurasi tanki yang digunakan adalah Brooke dan Sue (Holland and Chapman, “Liquid Mixing and Processing in Stirred Tank”, p-160) a. Ratio tinggi liquid terhadap diameter tanki : HL/DT = 2.5 b. Ratio diameter impeller terhadap diameter tanki : Di/DT = 0,2 c. Ratio lebar baffle terhadap diameter tanki : Wb/DT = 0,1 d. Ratio tinggi impeller dari dasar tanki terhadap diameter tanki : Hi/DT = 0,3 e. Tipe impeller yang digunakan adalah Disk flate turbine f. Ratio lebar pengaduk terhadap diameter impeller : g/Di = 0,2 g. Ratio panjang blade pengaduk terhadap diameter impeller : r/Di = 0,25 h. Posisi baffle dari dinding tanki : rb = Di/48

Perhitungan : diameter tangki • Volume silinder (VS)

Vs =

1 π D 2 Hs T 4

• Volume ellipsoidal bagian bawah (VE)

VE = h=

1 π D 3 T 24

1 D 4 T

• Tinggi tangki (HT)

H T = H s + 2h 2.5 DT = H s + 2 H s = 2.0 DT

1 D 4 T

( )

H T = H s + 2h 2.5 DT = H s + 2

1 D 4 T

( )

H s = 2.0 DT • Volume tangki total (VT)

VT = V s + 2 V E 1 1 = π D 2 Hs + 2 π D 3 T T 4 24 11 = π D 3 T 24

(

)

• Diameter tangki (DT)

24 V T DT = 11 π

(

DT

)

1 3

=

#REF! m

• Tinggi Tangki (Hs) Tinggi silinder

Hs

= =

tinggi tutup

h

= =

tinggi total tangki

HT

= =

tinggi liquid

HL

= =

diameter impeler

Di

= = =

tinggi impeler

Hi

= =

lebar baffle

Wb

= =

lebar baffle pengaduk

g

= =

panjang blade pengaduk

r

= =

posisi baffle dari dinding tangki

rb

= =

Tebal dinding tangki, t

P . ri t= +C S . E − 0 .6 P

(

)

dimana : P r S E C

= = = = =

tekanan desain jari-jari vessel working stress allowable joint effisiensi korosi maksimum

maka :

t

= = =

outside diameter, OD ID = OD

= =

kecepatan putaran pengaduk

600 WELH N= x π Di 2 Di

(

spgr

HL

) ( =

0. 5

)

#REF!

#REF! #REF! #REF!

#REF!

m

ID + 2t #REF!

m

HL

= =

WELH

= =

#REF! m #REF! ft

HL

x spgr #REF! ft

Jadi : N

= =

#REF! rpm #REF! rps

menentukan tenaga pengaduk μL = =

N Re =

ρ L N Di μL

N Re

#REF! cp #REF! kg/m. s 2

=

#REF!

tenaga pengaduk Dari Fig. 6.5 Treybal didapat, Po = 3

P ρ N Di P= o L gc P

= =

5 5

#REF! J/s #REF! hp

Dari Fig.14.38 Peter, untuk Brake Horse Power diperoleh efisiensi motor sebesar

= =

sehingga tenaga pengaduk yang dibutuhkan sebesar =

#REF! 83% #REF!

6. Menentukan Desain Sparger

Berdasarkan literatur Treybal (hal.153), digunakan sparger yang berbentuk lingkaran (ring – shaped sparge dengan konfigurasi : a. Rasio diameter sparger terhadap diameter impeller : Ds/Di = 1 b. Ratio tinggi sparger terhadap diameter impeller : hs/Di = 0,8 perhitungan : diameter sparger

Ds

= =

tinggi sparger

hs

= =

debit per orifice

q

=

Di #REF! m 0.8 Di #REF! m 0,25  do2 Vo

dari Treybal (hal.153), diperoleh diameter orifice yang paling baik berkisar antara 3 - 6,5 mm ambil diameter orifice

= do

=

5 mm

Nt do 0,319

( )

1 2,142

=

0.0050

diameter sparger

=

Nt do 0,319

=

Ds 0, 319 do

( )

1 2,142

maka : jumlah orifice, Nt

2,142

( )

= =

#REF! buah 6100 buah

Nt x

Luas area total orifice, At =

1 π do 2 4

=

0.1197 m2

flowrate total

=

At x Vo

massa udara densitas udara

= =

32232.6346 kg/jam #REF! kg/m3

flowrate total

= =

massa udara / densitas udara #REF! m3/jam

= = = =

flowrate total / At #REF! m3/jam / #REF! m/jam #REF! m/s

q

= =

0,25  do2 Vo #REF! m3/jam

overall heat transfer coefficienU

=

200 - 500

W/m2. oC

Fouling factor coefficient

=

3000 - 6000

W/m2 . oC

maka : Vo

0.1197

jadi :' debit per orifice

6. Design Jacket Cooling System

Rd

D OD

Flow area Jacket

HL

Flow Area Jacket

volumetric flow area jacket cooling system

flowrate cooling water densitas air (30 oC) residence time

= = =

volumetrik flowrate

= =

=

( π D H + 241 π D ) − ( π OD

=

π H L ( D 2 − OD 2 ) −

2

3

2

L

836911.6770 kg/jam 995.6470 kg/m3 #REF! jam

#REF! m

OD = outside diameter reaktor-01

#REF! m

1 π 24

1 π ( D 3 − OD 3 ) 24

83691.1677

83691.1677 kg/jam x #REF! m3

tinggi jacket = tinggi liquid di dalam reaktor

HL +

#REF!

D = diameter reaktor beserta jacket

maka : volumetric flow area jacket cooling system

#REF! m3 D

=

( π D H + 241 π D ) − ( π OD

=

π H L ( D 2 − OD 2 ) −

2

3

L

=

#REF! (D2

=

2.6920 meter

-

2

HL +

1 π 24

1 π ( D 3 − OD 3 ) 24

#REF! m3

Sehingga, tebal jacket

= = = =

D - OD 2.6920 m #REF! m #REF! cm

#REF!

KOMPONEN

aksikan produk intermediete dengan oksigen dari udara

478.15 oK

p-xylene oksigen nitrogen asam asetat Tetrahydrated Co-Asetat Tetrahydrated Mn-Asetat asam bromida asam terephthalat 4-carboxybenzaldehyde p-toluic aldehyd air asam p-toluat

BM

106.1670 31.9990 28.0140 60.0530 249.0900 245.0800 80.9200 166.1340 150.1345 120.1500 18.0150 136.1505

e

−E/RT(Pers.2.39 Levenspiel)

6.20E+23 molekul/mol 1.3E-16 erg/K 205 oC = 106.1670 31.9990 0.001987 kkal/mol. K

(Pers.11-14 JM.Smith)

(Pers.11-14 JM.Smith)

478.15 K

(Pers.2-47 Levenspiel)

0.0020 kkal/mol. K x

478.15 K

)

0.9970 )

(Pers.2.39 Levenspiel)

6.20E+23 molekul/mol 1.3E-16 erg/K 205 oC = 120.1500 31.9990 0.001987 kkal/mol. K

(Pers.11-14 JM.Smith)

478.15

(Pers.11-14 JM.Smith)

(Pers.2-47 Levenspiel)

0.0020 kkal/mol. K x

478.15

)

0.9970 )

(Pers.2.39 Levenspiel)

6.20E+23 molekul/mol 1.3E-16 erg/K

205 oC 136.1505 31.9990

=

478.15 K

0.001987 kkal/mol. K

(Pers.11-14 JM.Smith)

(Pers.11-14 JM.Smith)

(Pers.2-47 Levenspiel)

0.0020 kkal/mol. K x

478.15 K

)

0.9970 )

m3

s yang cukup luas ate blade turbine”

2 DT #REF! m 0.25 DT #REF! m Hs + 2h #REF! m 1.8 DT #REF! m 0.2 DT #REF! m #REF! ft 0.3 DT #REF! m 0.1 DT #REF! m

0.2 DT #REF! m 0.25 DT #REF! m

DT

/48 #REF! m

(table 4, hal 537, Peters and Timmerhaus)

= = = = =

#REF! #REF! 20000 1.00 0.125

atm m psi in

= =

#REF! psi #REF! in table 4, Peter, hal538 table 4, Peter, hal538 table 6, Peter, hal538

in m cm

ρ air pada 205 oC =

#REF! kg/m3

hp

hp

=

ran (ring – shaped sparger)

m

5 hp

m2

(table 12.1, Coulson hal 638) (table 12.2, Coulson hal 516)

) (

D3 − π OD 2 H L +

−

)

1 π ( D3 − OD 3 ) 24

jam /

) (

995.6470 kg/m3

D3 − π OD 2 H L +

−

1 π OD 3 24

1 π OD 3 24

)

1 π ( D3 − OD 3 ) 24 #REF! ) -

0.1308 (D3

-

#REF! )

m

Liquid 4-CBA WG= 15144.9794 kg/jam F AO = 100.8761 kmol/jam Densitas = #REF! kg/m3 = VA=

#REF! m3/jam

Gas oksigen WG= 3934.1918 kg/jam F BO = 122.9473 kmol/jam Densitas = #REF! kg/m3 = VB=

#REF! m3/jam

Reaksi 4 C6H4COHCOOH 4-CBA atau :

A + 1/2 B

+

1/2 O2

=

C

=

C6H4(COOH)2 asam terepthalat

+ D

Persamaan Archenius :

(Pers.2.39 Levenspiel)

dimana : σA σB N K

= = = =

diameter molekul A diameter molekul B bilangan avogandro konstanta Boltzmann

= =

6.20E+23 molekul/mol 1.30E-16 erg/K

T MA MB E R

= = = = =

temperatur reaksi BM molekul A BM molekul B energi aktivasi konstanta gas

= = = =

205.0000 oC 150.1345 31.9990 0.0020 kkal/mol. K

(Pers.11-14 JM.Smith) = = = =

1.1800 #REF! #REF! #REF!

(VA)^1/3 oA m cm

(Pers.11-14 JM.Smith) = = = =

1.1800 #REF! #REF! #REF!

(VB)^1/3 oA m cm

Energi aktivasi E

=

ΔH 298

= =

-14686.3632 KJ/kmol -3.5078 kkal/mol

E

= = =

ΔH 298 - R.T -3.5078 kkal/mol -4.4579 kkal/mol

k=

(

σ A + σB

k3 = k3 = k3 =

2

2

)

ΔH 298 - R.T

N 103

√

8. π .K .T

(

(Pers.2-47 Levenspiel)

1 1 −E/RT + e M A MB

#REF! cm3/mol det #REF! m3/ Kmol. Det #REF! m3/ Kmol. Jam

)

0.0020 kkal/mol. K x

Waktu Reaksi 4 : laju alir massa densitas campuran

= =

volumetrik flowrate

=

78029.8743 kg/jam #REF! kg/m3

laju alir massa densitas

=

#REF! m3/jam

mol 4-CBA mula-mula, n Ao

=

konsentrasi mula-mula, C Ao

=

100.8761 kmol/jam

n AO volumetrik flowrate #REF! kmol/m3

mol oksigen mula-mula, n Bo konsentrasi mula-mula, C Bo

=

122.9473 kmol/jam

n AO

=

volumetrik flowrate #REF! kmol/m3

X C Ao C Bo Q

= = = =

CA

= = =

C Ao (1- X A) #REF! kmol/m3 x ( 1 #REF! kmol/m3

= = = = = =

CBo – b/a (CAo – CA) CBo – 1/2 (CAo – CAo (1-XA)) CBo – 1/2 (CAo – CAo + CAo . XA) CBo – 1/2 CAo . XA #REF! kmol/m3 - 1/2 ( #REF! kmol/m3 #REF! kmol/m3

CB

0.9970 #REF! kmol/m3 #REF! kmol/m3 #REF! m3/jam

persaman untuk laju reaksi berorde dua :

0.9970 )

0.9970 )

ln M

t4 = t4 =

C B . C Ao C Bo . C A

= CAo (MC Bo

=

C Ao

=

#REF!

#REF! jam #REF! menit

1 2

) kt

molekul/mol

=

478.1500 K

kkal/mol. K

(Pers.11-14 JM.Smith)

(Pers.11-14 JM.Smith)

kkal/mol. K x

478.1500 K

REAKTOR-01 Fungsi : Mereaksi anilin dengan formaldehid untuk menghasilkan MDA dan air Tipe : Continous Stirred Tank Reactor Gambar :

Komposisi umpan masuk reaktor KomponenMol aniline 54.85908 Formal deh 34.28692 HCL (katali 5.485908 Air 120.8378 Chloroben 0.031368 total

Massa (kg)Xm 5109.026 0.599704 1028.951 0.12078 200.2357 0.023504 2177.498 0.255598 3.53078 0.000414 8519.241 1

density 972.2386 1.256963 1.516454 964.433 1037.127

Density campuran 583.0558 0.151816 0.035643 246.5068 0.429835 830.1798

2 anilin

+

Formaldeh >>>

MDA

+

= =

80 C 1.2 atm

Reaksi

Kondisi Operasi T P

Waktu reak=

30 menit

0.5 Jam

1. MENENTUKAN KONSTANTA LAJU REAKSI (k) Reaksi yang terjadi merupaka reaksi orde 2 Laju alir massa, Mfr = Densitas campuran,ρc

8519.241 kg/jam 830.1798 Kg/m3

Volumetric laju reaksi,= =

Mfr/ρc 10.26192 m3/jam

Konsentrasi Umpan,

Air

(levenspiel)

US. Pat. No. 4792624

Fao ( mol umpan Formaldehid ma= Cao = Fao/Qf = Fbo ( mol umpan anilin masuk R- = Cbo = Fbo/Qf =

34.28692 3.34118 54.85908 5.345887

Kmol/jam kmol/m3 kmol/jam kmol/m3

mol Formaldehid sisa Ca mol anilin sisa Cb

Persamaan laju reaksi untuk orde 2 adalah (- ra = k CaCb

(levenspiel, pers 49)

untuk persamaan reaksi orde 2, digunakan

C Bo

dX B dt

= k (C Ao −

1 2

C Bo X Bo ) (C Bo − C Bo X B )

C Bo dX B C Bo (

C Ao C Bo

= k . dt −

1 2

X B ) C Bo (1− X B )

dimana diketahui Cbo = M= (Ca0/Cbo) Xa(konversi) t =

5.345887 0.625 0.69 0.5

sehingga nilai k adalah

C Bo dX B = k . dt C Ao 1 C 2( − 2 X B ) (1−X B ) Bo C Bo dimana : C M = Ao C Bo 1 dX B = k . dt C Bo ( M − 1 2 X B ) (1− X B ) hasil int ergrasi persamaan diatas : ( M − 1 2 XB) 1 ln = k .t C Bo M (1 − X B )

k

=

0.137759 m3/kmol.jam

(-ra

= =

k CaCb 0.566317 kmol/m3.jam

(-rb

= =

kCbo(M-0,5Xb)(1-Xb) 0.063923

2. MENENTUKAN VOLUME LIQUID untuk menentukan volume reaktor cstr berpengaduk digunakan :

V=

66.84026 m3

safety facto 20% V= (1+0,2)xV 80.20831 m3

3. Menentukan tipe pengaduk

Menurut Treybal (hal.161), untuk operasi mass transfer, dan Warren L. McCabe (opersi Teknik Kimia, hal 229) untuk jangkauan viskositas yang cukup luas maka jenis pengaduk yang biasanya digunakan secara umum adalah jenis “disk flate blade turbine”

4. menentukan konfigurasi mixer Konfigurasi tanki yang digunakan adalah Brooke dan Sue (Holland and Chapman, “Liquid Mixing and Processing in Stirred Tank”, p-160) a. Ratio tinggi liquid terhadap diameter tanki : HL/DT = 1,8 b. Ratio diameter impeller terhadap diameter tanki : Di/DT = 0,2 c. Ratio lebar baffle terhadap diameter tanki : Wb/DT = 0,1 d. Ratio tinggi impeller dari dasar tanki terhadap diameter tanki : Hi/DT = 0,3 e. Tipe impeller yang digunakan adalah Disk flate turbine f. Ratio lebar pengaduk terhadap diameter impeller : g/Di = 0,2 g. Ratio panjang blade pengaduk terhadap diameter impeller : r/Di = 0,25 h. Posisi baffle dari dinding tanki : rb = Di/48

Perhitungan : diameter tangki • Volume silinder (VS)

• Volume ellipsoidal bagian bawah (VE)

• Tinggi tangki (HT)

• Volume tangki total (VT)

• Diameter tangki (DT)

=

3.8198 m

• Tinggi Tangki (Hs) Tinggi silinder

Hs

= =

1.5 5.7296 m

tinggi tutup

h

= =

0.25 0.9549 m

tinggi total tangki

= =

Hs + 2h 7.6395 m

tinggi liquid

= =

1 6.8756 m

diameter impeler

Di

= = =

0.2 0.7640 m 2.5064 ft

tinggi impeler

Hi

= =

0.3 1.1459 m

lebar baffle

Wb

= =

0.1 0.3820 m

lebar baffle pengadu g

= =

0.2 0.1528 m

panjang blade pengar

=

0.25

= posisi baffle dari dinding tangkrb

0.1910 m =

/48 0.0796 m

Tebal dinding tangki, t

(table 4, hal 537, Peters and Timm

dimana : P r S E C

= = = = =

tekanan desain jari-jari vessel working stress allowable joint effisiensi korosi maksimum

maka :

t

= = =

= = = = =

1 1.9099 13700 0.85 0.1187

0.2327 in 0.0059 m 0.5910 cm

outside diameter, OD ID = 3.8198 m OD

= =

ID + 2t 3.8316 m

tebal dinding elipsoidal head = =

5.

0.1216 in 0.0031 m

kecepatan putaran pengaduk

spgr

=

0.8608

=

6.8756 m

ρ air pada 80 oC =

WELH

=

22.5576 ft

= =

x spgr 19.4175 ft

= =

150.0468 rpm 2.5008 rps

Jadi : N

6.

menentukan tenaga pengaduk μL = 0.740 cp = 0.00074 kg/m. s

=

###

tenaga pengaduk Dari Fig. 6.5 Treybal didapat, P

4

Ket : g= untuk flate blade turbine

P

= =

### J/s 18.1228 hp

Dari Fig.14.38 Peter, untuk Brake Horse 18.1228 hp diperoleh efisiensi motor sebes 88% sehingga tenaga pengaduk yang dibutuhk 20.7118 hp

7. Desain Jacket Cooling System

=

21 hp

overall heat transfer U

=

200 - 500 W/m2. oC(table 12.1, Coulson hal 638)

Fouling factor coeffiRd

=

3000 - 60 W/m2 . o (table 12.2, Coulson hal 516)

volumetric flow area jacket co = =

flowrate cooling wat densitas air (30 oC) residence time

= = =

volumetrik flowrate

= = V=

jumlah rea

1

tinggi jacket = tinggi liquid di

### kg/jam 1003.567 kg/m3 1.000 jam

### kg/jam x 73.365 m3 73.365 m3 6.876 m

OD = outside diameter reaktor-01 3.832 m D = diameter reaktor beserta jacket maka : volumetric flow area jacket co

= =

(masih asumsi, cari lg referensi)

1.000 jam /

1003.567 kg/m3

73.365 m3

21.589 (D2

D

= = =

V

=

73.365 m3

Sehingga, tebal jack = = = =

-

4.284 meter

D - OD 4.284 m 0.452 m 45.2 cm

3.832 m

14.681 ) -

0.262

Viscosity 1.226906 9.30E-03 1.62E-02 1.13E-02 0.512639

campuran 0.735781 0.001124 0.000381 0.002887 0.000212 0.740385

= = = =

m3/kmol.jam

kmol/m3.jam

15.36054 1.496848 17.00631 1.657225

kmol/jam kmol/m3 kmol/jam kmol/m3

yang cukup luas te blade turbine”

hal 537, Peters and Timmerhaus)

atm m psi in

= 17.6352 psi = 75.1921 in table 4, Peter, hal538 table 4, Peter, hal538 table 6, Peter, hal538

964.4330 kg/m3

untuk flate blade turbine

(D3

-

56.251 )