Dr Exel Ke Word Janis

  • View
    442

  • Download
    2

Embed Size (px)

Text of Dr Exel Ke Word Janis

PERANCANGAN REAKTOR

Fungsi Jenis Kondisi operasi

: : :

Tempat berlangsungnya reaksi nitrasi propan membentuk nitropropan Multitube Plug Flow Reactor T : 380-450oC P : 10 atm Non Isothermal Non Adiabatis a. Menentukan jenis reaktor b. Menentukan media pendingin c. Menentukan kondisi gas d. Menentukan jenis,ukuran, dan susunan tube e. Menentukan dimensi shell f. Menentukan bilangan Reynold di shell dan tube g. Menentukan pressure drop di shell dan tube h. Menentukan waktu tinggal i. Menghitung tebal shell j. Menghitung tebal dan tinggi head k. Menghitung tinggi dan volume reaktor

Tujuan

:

A. Menentukan Jenis Reaktor Tipe reaktor yang digunakan adalah Non adiabatis non Isothermal Plug Flow Reactor. Dipilih karena reaktor tipe ini baik untuk reaksi yang berjalan cepat, eksothermis, dan

kondisi operasi pada tekanan dan suhu yang tinggi. Multitube dipilih karena baik untuk transfer panas, karena reaksi yang terjadi termasuk highly exothermis. B. Menentukan Jenis Pendingin Pendingin yang digunakan adalah Dowthern A (Diphenyl-diphenyl oxide). Range suhu = 450 - 750 oF BM : 165 kg/kmol Data densitas, viskositas, konduktivitas = f(T) grafik Geiringer 2.259 1.17 kJ/kg.K kg/m.jam kJ/m.jam.K

Kapasitas panas (Cpp) pada 545KViskositas ( p) pada 545K

::

Konduktivitas panas (kp) pada 545K

:

0.3913

C. Menentukan Kondisi gas 1. Menghitung berat Molekul (BM) BM campuuran = (BMi .Yi) BMi : Berat Molekul komponen i, kg/kmol Yi : Fraksi mol komponen i BM campuran gas masuk reaktor Komponen BM Yi BMi.Yi HNO3 63 0.1562 9.8390 C3H8 44 0.7809 34.3582 C3H7NO2 89 0.0003 0.0273 H2O 18 0.0062 0.1118 CH4 16 0.0282 0.4515 C2H6 30 0.0282 0.8466 1.0000 45.6344

BM campuran gas keluar reaktor Komponen BM HNO3 63 C3H8 44 C3H7NO2 89 H2O 18 CH4 16 C2H6 30

Yi 0.0312 0.6559 0.1252 0.1311 0.0282 0.0282 1.0000 2. Menghitung Viskositas campuran gas ( ) i : A+BT+CT^2 camp : 1

BMi.Yi 1.9678 28.8609 11.1469 2.3607 0.4515 0.8466 45.6344

Xi Xi : :

i

/

i

viskositas komponen I, micropoise Fraksi massa komponen i

Komponen HNO3 C3H8 C3H7NO2 H2O CH4 C2H6

A -14.473 -5.462 -13.355 -36.826 3.844 0.514

B 4.33E-01 3.27E-01 2.80E-01 4.29E-01 4.01E-01 3.34E-01

C -8.25E-05 -1.07E-04 -3.41E-05 -1.62E-05 -1.43E-04 -7.11E-05

i 2.46E+02 1.70E+02 1.64E+02 2.52E+02 2.13E+02 1.98E+02

Xi 0.2156 0.7529 0.0006 0.0024 0.0099 0.0186

Xi / i 8.77E-04 4.43E-03 3.65E-06 9.70E-06 4.64E-05 9.37E-05 5.46E-03

Konversi dari mikropoise ke kg/m.jam dikalikan 3600e-7 camp = 1.83E+02 micropoise = 6.59E-02 3. Menghitung konduktivitas campuran gas (kcamp) k : A+BT+CT^2 W/m.K kcamp : ( ki.Xi ) ki Xi : : konduktivitas panas komponen i, W/m.jam Fraksi massa komponen i 419.5089 oC

kg/m.jam

Trat

=

692.5089 oK

Komponen HNO3 C3H8 C3H7NO2

A -0.0106 -0.00869 -0.00895

B 7.81E-05 6.64E-05 5.34E-05

C -5.00E10 7.88E08 2.31E-

ki 4.33E-02 7.51E-02 3.91E-02

Xi 0.2156 0.7529 0.0006

ki . Xi 9.33E-03 5.65E-02 2.34E-05

H2O CH4 C2H6

0.00053 -0.00935 -0.01936

4.71E-05 1.40E-04 1.25E-04

08 4.96E08 3.32E08 3.83E08

5.69E-02 1.04E-01 8.59E-02

0.0024 0.0099 0.0186

1.39E-04 1.03E-03 1.59E-03 6.86E-02

Konversi dari W/m.K ke kJ/jam.m.K dikalikan 3.6 6.86E -02 W/m.jam kcamp = 2.47E-01 4. Menghitung Kapasitas Panas campuran gas (Cpcamp) A+BT+CT^2+DT^3+ET^ 4 ( Cpi.Yi )

kJ/jam.m. K

Cp Cpcam p Cpi : Yi :

: :

kJ/kmol. K

kapasitas panas komponen i, kJ/mol.K Fraksi mol komponen i

Komponen HNO3 C3H8 C3H7NO2 H2O CH4

Trat A 19.755 28.277 28.505 33.933 34.942

419.5089 B 1.34E-01 1.16E-01 2.61E-01 -8.42E-03 -4.00E-02

C C -6.11E-05 1.96E-04 2.48E-05 2.99E-05 1.92E-04

692.5089 D -1.23E-08 -2.33E-07 -1.42E-07 -1.78E-08 -1.53E-07

K E 1.11E-11 6.87E-11 5.09E-11 3.69E-12 3.93E-11

Cpi 8.18E+01 1.41E+02 1.85E+02 3.74E+01 5.75E+01

Yi 0.1562 0.7809 0.0003 0.0062 0.0282

Cpi.Yi 12.7751 110.1789 0.0569 0.2321 1.6225

C2H6

28.146

4.34E-02

1.89E-04 127.630 8

-1.91E-07 kJ/kmol. K

5.33E-11

9.80E+01

0.0282

2.7653 127.6308

Cpcamp

=

D. MENENTUKAN JENIS, UKURAN, DAN SUSUNAN TUBE Digunakan tube dengan spesifikasi berikut (berdasarkan tabel 10 Kern) : ~ Diameter dalam tube (IDT) = 1.4 in = ~ Diameter luar tube (ODT) = 1.5 in = ~ NO. BWG = 18 ~ Flow area per tube (a't) = 1.54 in2 = ~ Panjang tube (Z) = 9.4 m ~ Jumlah tube (Nt) = 430 buah ~ Susunan tube = triangular pitch ~ Pt (Pitch) = 1.875 in = ~ C (Clearance) = Pt-ODT = 0.0476-0.0381 = 0.0095 m ~ At (Flow area tube) = =

0.0356 0.0381

m m

0.0010 m2 (hasil dari program matlab)

0.0476

m

. IDT 2 . Nt 40.4268 m2

Susunan tube yang dipilih adalah triangular pitch, dengan alasan : a. Turbulensi yang terjadi pada susunan tube segitiga sama sisi lebih besar dibandingkan dengan susunan bujur sangkar, karena fluida yang mengalir di antara pipa yang letaknya berdekatan akan langsung menumbuk pipa yang terletak pada deretan berikutnya. b. Koefisien perpindahan panas konveksi (h) pada susunan segitiga 25% lebih tinggi dibandingkan dengan fluida yang mengalir dalam shell pada susunan tube segi empat.

E. MENENTUKAN DIMENSI SHELL

2.N t.0.5.sin 60.PtIDS

2

4

=

8.430 .0.5.0.866 .0.0476 2 3.14

=

= = B = = = = =

40.8 1.03

0.25 0.25 0.25

De As

0.02

= = IDS B De As G. Menghitung Bilangan Reynold di shell (Res) dan di tube (Ret) 1. Bilangan Reynold di shell (Res) : : : :

0.05

Diam Jara Diam Flow

Gs

= 2000 kg/jam (dari p Wp Gs

=37176.9128 kg/jam Res

= 861.7084 : Bil.Reynold di shell Laju alir massa pend Res Wp s 2. bilangan Reynold di tube (Ret) Wt Gt

Ret

Ret IDT Wt camp H. Menghitung Koefisien Perpindahan panas 1. Shell side

ho

2. Tube side hi

hio

Uc

Ud

ho kp Cpp hi Uc UD Rd

I. Menghitung Pressure drop di shell dan tube 1. Shell side Ps

dengan ,

Ps f N+1

sg

Ps

2. Tube side

dP dz

dimana,

dengan,

f Ret IDT

Dari program matlab, diperoleh P keluar Reaktor (Pz) = Jadi

J. Menghitung Tebal Shell (ts) Tebal Shell dihitung dengan persamaan beriku : ts ts P ri f E C Direncanakan bahan yang digunakan untuk shell terbuat dari stainless steel SA 167 grade 3, dengan spesifikasi : f E C Faktor keamanan : 20 % P ri

176,4.20,4188 0,125 14550.0,8 0,6.176,4ts Digunakan tebal shell standart 7/16 in ODS = IDS + 2 ts =40.8375 + (2*7/16) = K. Menghitung Tinggi dan Tebal Shell Bahan yang digunakan untuk head sama dengan bahan shell yaitu stainless stell SA 167 grade 3, dan head yang dipilih berbentuk Flanged and dished head (Torispherical) , karena cocok digunakan untuk tekanan 15-200 psi.(Brownell, hal 88) Tebal Head dihitung dengan persamaan : th

th di Untuk eliptical dished head , rc = ODS =

0,885.176, 4.41,7125 0,125 14550.0,8 0,1.176,4Digunakan tebal head standart 3/4 in Berdasarkan tabel 5.11 Brownel, didapatkan sf = 1.5 - 4 (diambil 2.75)

th =

Tinggi Head (OA) dihitung dengan cara sebagai berikut :

a AB BC

= =

IDS 2 (a - icr) ( rc - icr)

40,8375 2 ( 20,4188 - 2,625) (41,7125 - 2,75) (39,0875 2 17.7938 2 )(41,7125 - 34,8026)

BC 2 - AB2 )

rc - AC

= AC b OA (tinggi head) = = = th + b +sf

L. Menghitung Tinggi Reaktor (Hr) dan Volume Reaktor Tinggi Reaktor Tinggi Reaktor (Z) Volume Reaktor diperoleh dari volume shell ditambah 2 kali volume head Volume head

Volume shell

Vol reaktor

M. Menghitung Diameter Pipa Pemasukan dan Pengeluaran Reaktor dan Pipa Pendingin 1. Diameter pipa pemasukan gas

Debit gas masuk reaktor

Diameter optimum

Digunakan diameter standart (Appendix k,Brownell) dengan spesifikasi :

2. Diameter pipa pengeluaran gas

Debit gas keluar reaktor

Diameter optimum

Digunakan diameter standart (Appendix k,Brownell) dengan spesifikasi :

3. Diameter pipa pemasukan dan pengeluaran pendingin Direncanakan pipa pemasukan dan pengeluaran pendingin berukuran sama, karena debit dan densitas dianggap tetap.

Debit pendingin masuk Vp

=

WP VP

=

2000 837,4249lbm/ft3 kg/m3

=

2.3883

m3/jam =00234 ft3

= =

52.279 837.4249

(fig V-4.1 Geiringer)

3,9.Q 0.45 .V 0.13Diameter optimum = (Walas, pers. 6.32)

3,9(0,0234)=

0.45

(52,279)

0.13

=

1.2046

in

Digunakan diameter standart (Appendix K,Brownell) dengan spesifikasi : OD = 1.315 in ID = 1.185 in SN = 5S (ASA Standart B.36.19) ID =

5S (ASA

SN =

5S (ASA Stand B.36.19)

REBOILER - 01 Kode : HE Fungsi : Menguapkan sebagian hasil bawah

Tujuan Perancangan :

1. Menentukan tipe Reboiler 2. Memilih bahan konstruksi 3. Menentukan spesifikasi reboiler

Data - data : a. Fluida yang diuapkan Hasil bawah MD-01 Flow rate massa T1 T2 b. Pemanas Hasil keluaran reaktor Suhu Masuk Suhu Keluar Viscositas (Q) Kapasitas panas (Cp) Konduktivitas pns (k) Densitas ( ) spes.grav (s)

= = =

2284.9823 380.4200 380.4200

kg / jam K K

= = =

5037.4721 lbm/ jam 107.2700 C = 107.2700 C =

225.0860F 225.0860 F

= = = = = = =

349.47 210.06 0.0348 0.5719 0.0261 0.2268 0.0036

C = C = lb/ft.jam Btu/lb.F Btu/jam.ft.F lb/ft3

661.04 F 410.1