LAMPIRAN
REAKTOR
(R-01)
Spesifikasi :
Tugas : Mereaksikan propilen (C3H6) dan air (H2O) menjadi produk
utama Isoproyl Alcohol (C3H7OH) dan Diisopropyl Ether
(C6H14O) sebagai produk samping.
Jenis : Reaktor Trickle Bed Multitube
Kondisi Operasi : Suhu Operasi (T) = 130 °C
Tekanan Operasi (P) = 80 atm
Fase : Gas – Cair
Pendingin : Dowtherm A
Katalisator : Amberlyst 70
LANGKAH PENYUSUNAN REAKTOR
1. Menentukan sifat fisis bahan
2. Menyusun persamaan reaksi
3. Penyusunan model matematika
4. Menentukan jumlah pipa dalam reaktor data pendukung
5. Penyelesaian persamaan matematis
6. Perhitungan desain reaktor
1. Sifat Fisis Bahan
Data-data untuk menghitung sifat-sifat fisis gas dan cairan diperoleh dari
Carl L. Yaws, 1999, “Chemical Properties Handbook”, Mc. Graw Hill, New York.
a. Critical Properties
Tabel 1. Data sifat kritis masing-masing komponen
b. Kapasitas Panas Gas
Cp = A + BT + CT2 + DT3 + ET4 (Cp = J/mol.K dan T = K)
Komponen BM (Kg/Kmol) Tb (K) Tc (K) Pc (bar) ΩC3H6 42 227,4 364,76 46,13 0,142C3H8 44 232,95 369,82 42,49 0,152H2O 18 375,15 674,13 220,55 0,345C3H7OH 60 355,55 508,31 47,64 0,669C6H14O 102 344,15 500,05 28,78 0,338
Tabel 2. Data konstanta perhitungan kapasitas panas gas komponen
c. Kapasitas Panas Cairan
Cp = A + BT + CT2 + DT3 + (Cp = J/mol.K dan T = K)
Tabel 3. Data konstanta perhitungan kapasitas panas cairan
d. Densitas Gas
𝜌" =𝑃 × 𝐵𝑀𝑚𝑖𝑥
𝑅𝑇"
Dengan hubungan:
𝐵𝑀𝑚𝑖𝑥 = Σ𝑦0 × 𝐵𝑀0
Keterengan:
P : Tekanan operasi total (atm)
BMmix : Berat molekul campuran (kg/kmol)
R : Tetapan gas ideal (atm.m3/kmol.K)
Tg : Suhu operasi (K)
e. Densitas Cairan
Komponen A B C D EC3H6 31,298 0,07245 1,95E-04 -2,16E-07 6,30E-11C3H8 28,277 0,116 1,96E-04 -2,33E-07 6,87E-11H2O 33,933 -8,42E-03 2,99E-05 -1,78E-08 2,10E-11
C3H7OH 25,535 0,212 5,35E-05 -1,47E-07 4,94E-11C6H14O 92,068 0,1105 5,88E-04 -6,19E-07 1,79E-10
Komponen A B C DC3H6 54,718 0,3451 1,95E-04 -2,16E-07C3H8 59,642 0,3283 1,96E-04 -2,33E-07H2O 92,053 -4,00E-02 -2,11E-04 5,32E-07
C3H7OH 72,525 0,7955 -2,63E-03 3,65E-06C6H14O 75,495 1,1235 -3,74E-03 5,20E-06
𝜌 = 𝐴.𝐵3(53667 )
9
Tabel 4. Data konstanta perhitungan densitas cairan komponen
f. Viskositas Cairan
Log µ = A + B/T + CT + DT2 (µ = cP dan T = K)
Tabel 5. Data konstanta perhitungan viskositas cairan komponen
g. Viskositas Gas
µ = 𝐴 + 𝐵𝑇 + 𝐶𝑇=
Tabel 6. Data konstanta perhitungan viskositas gas komponen
Komponen A B n TcC3H6 1,4403 0,26852 0,302 364,76C3H8 1,3757 0,27453 0,287 369,82H2O -13,851 0,64038 0,286 674,13
C3H7OH 1,1799 0,2644 0,243 508,31C6H14O 0,69213 0,26974 0,286 500,05
Komponen A B C DC3H6 -5,176 4,30E+02 1,86E-02 -3,17E-05C3H8 -3,176 2,97E+02 9,55E-03 -1,88E-05H2O -10,216 1,79E+03 1,77E-02 -1,26E-05
C3H7OH -0,701 8,42E+02 -8,61E-03 8,30E-06C6H14O -5,535 7,49E+02 1,32E-02 -1,56E-05
Komponen A B CC3H6 -7,23 0,3418 -9,45E-05C3H8 -5,462 0,3272 -1,07E-04H2O -36,826 0,429 -1,62E-05
C3H7OH -10,859 0,3087 -4,81E-05C6H14O -14,251 0,2999 -5,45E-05
h. Surface Tension
𝜎 = 𝐴. ?5366@AB ?𝜎 = CDBE
7F𝑑𝑎𝑛𝑇 = 𝐾A
Tabel 7. Data konstanta perhitungan surface temsion komponen
i. Konduktivitas Panas Cairan
𝐿𝑜𝑔𝑘 = 𝐴 + 𝐵(536@)OP (𝑘 = Q
F.𝐾𝑑𝑎𝑛𝑇 = 𝐾)
Tabel 8. Konstanta perhitungan konduktivitas panas cairan komponen
j. Konduktivitas Panas Gas
𝑘 = 𝐴 + 𝐵𝑇 + 𝐶𝑇= (𝑘 = 𝑊/𝑚.𝐾𝑑𝑎𝑛𝑇 = 𝐾)
Tabel 9. Data konstanta perhitungan konduktivitas panas gas komponen
Komponen A B C DC3H6 -5,176 4,30E+02 1,86E-02 -3,17E-05C3H8 -3,176 2,97E+02 9,55E-03 -1,88E-05H2O -10,216 1,79E+03 1,77E-02 -1,26E-05
C3H7OH -0,701 8,42E+02 -8,61E-03 8,30E-06C6H14O -5,535 7,49E+02 1,32E-02 -1,56E-05
Komponen A B CC3H6 -7,23 0,3418 -9,45E-05C3H8 -5,462 0,3272 -1,07E-04H2O -36,826 0,429 -1,62E-05
C3H7OH -10,859 0,3087 -4,81E-05C6H14O -14,251 0,2999 -5,45E-05
Komponen A Tc nC3H6 53,467 364,76 1,206C3H8 49,624 369,82 1,192
H2O 132,674 647,13 0,955
C3H7OH 65,93 508,31 1,22C6H14O 53,573 500,05 1,25
k. Panas Reaksi Standar
Tabel 10. Data konstanta perhitungan panas reaksi standar komponen
2. Data Katalis
Katalis Amberlyst 70 (Rohm and Haas Company)
Jenis : Cation Exchanger Resin
Bentuk : Bola / Pellet
Fase : Padat
Diameter Partikel : 0,58 – 0,75 mm
Densitas : 1.150 kg/m3
Suhu Operasi Maksimal : 170 °C
Porositas : 0,38
Bed Surface : 50 m2 / g
Sumber : Rohm and Haas Company. 2018. “Amberlyst Industrial –
grade Strongly Acidic Catalyst.” Form No. 177-03091, Rev. 1 pada
www.dowwaterandprocess.com diakses pada tanggal 25 Agustus 2019
pukul 15.35 WIB.
Komponen ΔHof
(kj/mol)C3H6 20,42C3H8 -104,7H2O -241,8
C3H7OH -272,59C6H14O -318,82
Data Pendingin
Jenis : Dowtherm A
Viskositas : 0,25 ×10-3 kg/m.s
Kapasitas Panas, Cp : 2,3 kJ/kg.K
Sumber : www.engineeringtoolbox.com
3. Penyusunan Model Matematika
Asumsi – asumsi dalam sistem reaktor:
1. Reaktor bekerja dalam keadaan steady state
2. Perpindahan panas berlangsung dari dalam menuju arah keluar
3. Gas mengikuti kaidah ideal
4. Dispersi aksial fase cair harus dipertimbangkan, sedangkan fasa gas
dapat dimodelkan dengan plug flow karena dispersi aksial yang
kurang menonjol.
5. Gradien radial suhu dan konsentrasi dapat diabaikan
6. Pertukaran panas dan perbedaan suhu antara fasa cair dan padat dapat
diabaikan
7. Panas yang terbentuk akibat diambil oleh pendingin yang berada di
shell melalui tube dinding reaktor.
a. Neraca Massa Komponen Propilen
Gambar 2. Neraca Massa pada elemen volume.
[kec. massa C3H6 masuk] – [kec. massa C3H6 keluar] + [kec. massa
C3H6 reaksi] = [kec. massa C3H6 akumulasi]
Steady state, akumulasi = 0
𝐹U|W − 𝐹U|WYZW + 𝑟U. 𝜌\]^_ . 𝛥𝑉 = 0
𝐹U|W − 𝐹U|WYZW = −𝑟U. 𝜌\]^_ . 𝛥𝑉
𝑙𝑖𝑚ZW→e𝐹U|W − 𝐹U|WYZW
𝛥𝑉 = (−𝑟𝑎)𝜌\]^_
−𝑑𝐹𝐴𝑑𝑉 = (−𝑟𝑎)𝜌\]^_
𝐹U = 𝐹Ue(1 − 𝑥5)
𝑑𝑉 =𝜋4 𝐷0
=. 𝑑𝑧. 𝐻𝐼
Subtitusi persamaan diatas, maka diperoleh:
𝑑𝑥5𝑑𝑧 =
(−𝑟U). 𝜋. 𝐷0=. 𝜌\]^_𝐻𝐼4𝐹Um
Keterangan:
FA : kecepatan mol C3H6 (kmol/j)
FAO : kecepatan awal mol C3H6 (kmol/j)
rA : laju reaksi C3H6 dalam sistem (mol/kg.s)
V : volume reaktor (m3)
Di : diameter dalam pipa (m)
ρbulk : rapat massa katalis (kg/m3)
Z : tinggi bed katalis (m)
X1 : konversi C3H6
b. Neraca Massa Isopropil Alkohol di Elemen Volume
Rate of input – rate of output – rate of reaction = rate of accumulation
Steady state, akumulasi = 0
Diambil limit ΔZ mendekati nol:
Dengan :
Fc : [FC0 + FA0.X1] (1-X2)
Fc : FC1 (1-X2)
dFC : -FC1 dX2
Persamaan differensial menjadi :
c. Parameter Trickle Bed
a. Liquid Hold Up
?−𝑟𝑐𝜋4𝐷𝑖=∆𝑍𝐻𝐼𝜌\]^_A = 𝐹@q − 𝐹@qY∆r
−𝑑𝐹𝑐𝑑𝑍
= (−rc)𝜋4𝐷𝑖=𝐻𝐼𝜌𝑏𝑢𝑙𝑘
𝑑𝑥=𝑑𝑧
=(−rc) 𝜋4 𝐷𝑖
=𝐻𝐼𝜌𝑏𝑢𝑙𝑘4𝐹𝑐5
𝛤 = 1,22𝑊𝑒𝐿5𝑅𝑒𝐿{𝑋}
~�
b. Reynold Number of Liquid
c. Liquid Weber Number
d. Modified Lockchart-Marteneli Ratio
Keterangan :
A : Luas penampang reaktor (m2)
Ds : Diameter dalam reaktor (m)
Z : Panjang reaktor (m)
ρbulk : Densitas katalis (kg/m3)
HI : Liquid Hold Up
G : Fluks massa gas, (kg/m2.s)
L : Fluks massa cairan, (kg/m2.s)
µL : Viskositas cairan, (N.s/m2)
Dp : Diameter katalis (m)
ρL : Densitas cairan (kg/m3)
ρG : Densitas gas (kg/m3)
σL : Tegangan permukaan cairan (dyne/cm)
𝐻𝐼 = 𝜀(1 − 103�)
𝐿 =𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎𝐿𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝜋4 𝐷�
=3600
𝑅𝑒𝐿 =𝐿𝐷𝑝𝜇𝐿
𝑊𝑒𝐿 =𝜌𝐿𝑣𝑙=𝐷𝑝𝜎𝐿
𝐺 =𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎𝐺𝑎𝑠𝜋4 𝐷�
=3600
𝑋} =𝐺𝐿�𝜌𝐿𝜌𝐺
d. Neraca Panas Reaktor Pada Elemen Volume
Gambar 3. Neraca Panas pada Elemen Volume.
[kec. panas masuk] – [kec. panas keluar] + [kec. panas generasi] = [kec.
panas akumulasi]
Ditinjau keadaan steady state, akumulasi = 0
Keterangan :
Fi : Laju alir mol (kmol/jam)
Cpi : Kapasitas panas komponen i (kJ/kmol.K)
UD : Koefisien transfer panas overall (kJ/det.m2K)
T : Suhu campuran dalam pipa (K)
Tref : Suhu refrensi (K)
Tp : Suhu dinding pipa (K)
z : Tinggi tumpukan katalisator (m)
Do : Diameter luar (m)
dT/dz : Perubahan suhu per satuan panjang (K/m)
e. Neraca Energi Media Pendingin
Gambar 4. Neraca panas media pendingin
[kec. panas masuk] – [kec. panas keluar] + [perpindahan panas dalam
sistem] = [kec. panas akumulasi]
Pendingin yang digunakan adalah dowtherm. Aliran pendingin di
dalam reaktor searah dengan aliran gas.
Keterangan:
Cpp : Kapasitas panas media pendingin (kJ/kmol K)
fmass : Kecepatan massa media pendingin (kg/jam)
Od : Diameter luar pipa (m)
Ud : Koefisien perpindahan kalor (kJ/m2 jam K)
Tp : Suhu pendingin (K)
Tg : Suhu gas (K)
𝑑𝑇𝑝𝑑𝑧
= −𝑈~𝜋𝑁𝑝𝑖𝑝𝑎𝑂𝑑(𝑇𝑝 − 𝑇)
𝑓𝑚𝑎𝑠𝑠𝐶𝑝�
f. Pressure Drop
Persamaan penurunan tekanan dihitung dengan persamaan Ergun,
karena tekanan operasinya diantara 8 – 10 MPa, maka berdasarkan
literatur Vivek V. Ranade et all, 2011. Menggunakan persamaan
sebagai berikut:
Keterangan :
ρG : Densitas gas (kg/m3)
εb : Porositas katalis
UG : Kecepatan linear gas (m/jam)
dp : Diameter katalis (m)
ReL : Bilangan reynold cairan
WeL : Bilangan weber cairan
µ : Viskositas campuran (kg/m.jam)
4. Persamaan Pendukung
1. Variable Perancangan
Pada perhitungan perancangan reaktor fixed bed multitubular ini, besaran
yang digunakan sebagai variable perancangan adalah:
a. Suhu reaktan masuk reaktor (K)
b. Tekanan reaktor (atm)
c. Suhu media pemanas masuk (K)
d. Bilangan reynold
𝜉5 = 𝑅𝑒�
e,=�𝑊𝑒�e,=
�1 + 3,17𝑅𝑒�5,��𝑊𝑒�
5,=�e,5
e. Kecepatan massa media pendingin masuk reaktor
2. Laju alir dan kecepatan linear
a. Laju alir cairan masuk dan keluar (qL)
b. Kecepatan linear cairan (UL)
c. Laju alir gas masuk dan keluar (qG)
Gas dianggap sebagai gas ideal:
𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇
Jika V = q dan n = F
d. Kecepatan linear gas masuk dan keluar (UG)
3. ∑𝑭𝒊𝑪𝒑𝒊
4. Penyelesaian model matematika
Pemodelan matematis diselesaikan secara numerik menggunakan
Metode Runge-Kutta.
𝑞𝐿e = 𝑞𝐿 =𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑚𝑎𝑠𝑢𝑘
𝜌𝐿
uL= 𝑢𝐿e =���
U(�] ��EB F� B"¡E _¢£¡)
𝑞 =𝐹6𝑅𝑇𝑃
𝑢𝑔 =𝑞𝑔
𝐴(𝑙𝑢𝑎𝑠𝑝𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔𝑟𝑒𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟)
¤𝐹0𝐶𝑝0 = 𝐹U𝐶𝑝U + 𝐹¥𝐶𝑝¥ + 𝐹@𝐶𝑝@ + 𝐹~𝐶𝑝~ + 𝐹𝑖𝑛𝑒𝑟𝑡𝐶𝑝0BE¡¢
Tabel 11. Daftar konstanta persamaan model matematika
Iterasi I
zo : 0 Tp0 : 323,15 K;
T0 : 403,15 K X2,0 : 0;
X1,0 : 0 P0 : 80 atm
Dipilih step size h = 0,1
Konstanta Reaksi
Konstanta Nilai Satuan Keterangan
Rg 0,082056 m3.atm/kmol.K Konstanta gas idealTr 298,15 K Suhu referensi
ΔHr0 1 -51220 kJ/kmol panas reaksi standarΔHr0 2 -15440 kJ/kmol panas reaksi standarε 0,38 Porositasρb 1150 kg/m3 densitas katalisDp 0,000665 m diameter katalisID 0,038608 m Diameter dalam reaktorOD 0,042164 m Diameter luar reaktor
Ap 0,0011701 m2 Luas penampang reaktor
BM A 42 kg/kmol Berat molekul propilen
BM B 18 kg/kmol Berat molekul airBM C 60 kg/kmol Berat molekul IPA
BM D 102 kg/kmol Berat molekul DIPEBM E 44 kg/kmol Berat molekul Propana
qL 35,8233 m3/jam Laju alir cairan
qG 65,7409 m3/jam laju alir gas
Ca0 2,2142718 kmol/jam konsentrasi propilen
Cb0 48,762081 kmol/jam konsentrasi air
Cc0 0,0052479 kmol/jam konsentrasi Ipa
Cd0 0,0004272 kmol/jam konsentrasi DIPE
Ce0 0,0223605 kmol/jam konsentrasi Propana
k+,IPA = 5,E-02 k+,DIPE = 2,E-02
Konstanta Kesetimbangan
Kcipa = 70,771 KcDIPE = 0,02144531
Neraca Massa dan Mol
FA : 145,548 kmol/jam FD : 0,0153 kmol/jam
FB : 1746,818641 kmol/jam FE : 1,4700 kmol/jam
FC : 0,188 kmol/jam FC1 : 0,188 kmol/jam
CA : 2,214 kmol/m3 CD : 4,E-04 kmol/m3
CB : 48,762 kmol/m3 CE : 0,022 kmol/m3
CC : 0,005 kmol/m3
Parameter Trickle Bed
Densitas Gas
𝑀𝑤𝑣 =§ �� UY§ �� {¨UY¨{
= 42,0199948 kg/kmol
𝜌𝑔 = §©ª.«¬".6
= 101,618 kg/m3
Densitas Cairan
𝜌 0¡ = 924,508kg/m3 𝑉 0¡ = 34,010 m3
𝜌°«U = 662,709kg/m3 𝑉°«U = 0,017 m3
𝜌~°«{ = 595,313kg/m3 𝑉~°«{ = 0,003 m3
𝑉¢ = 𝑉 0¡ + 𝑉°«U + 𝑉~°«{ = 34,03 m3
𝜌� =F �� UYF �� ¥YF �� @
W¢= 924,352 kg/m3
Tegangan Permukaan
σair : 52,2651 σDIPE : 6,8879
σIPA : 9,6441 σLiquid : 43,66991274 mN/m : 565962,0691
kg/jam2
Fluks Massa Gas
𝐺 =𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎𝐴 +𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎𝐸
𝐴𝑝 ×𝑁�0� = 11656,382𝑘𝑔/𝑚=𝑗𝑎𝑚
𝐿 =𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎(𝐵 + 𝐶 + 𝐷)
𝐴𝑝 × 𝑁𝑝𝑖𝑝𝑎 = 59343,776𝑘𝑔/𝑚=𝑗𝑎𝑚
𝑋𝐺 = 0,592
Bilangan Weber
WeL = 0,004476592
Viskositas
µA : 0,0451 kg/m jam µD : 0,6623 kg/m jam
µB : 0,0393 kg/m jam µE : 0,4481 kg/m jam
µC : 0,7636 kg/m jam
µL : 0,913524807 kg/m jam
µG : 0,252475331 kg/m jam
Reynold Number
ReL : 43,199
Parameter Liquid Hold Up
HI : 0,178759
r : 0,276
Kapasitas Panas pada Suhu Standar
CpA : 64,9936 CpD : 216,1793
CpB : 75,4773 CpE : 74,6608
CpC : 172,3850
Kapasitas Panas pada Suhu (403,15-298,15 K)
CpAi : 7593,1241 CpCi : 19551,1356
CpBi : 7911,2084 CpDi : 24767,0342
Panas Reaksi
ΔHR1 : -47173,1969 kJ/jam
ΔHR2 : -21864,0286 kJ/jam
Menghitung Pressure Drop
ξ 1 : 0,7689
6. Hasil Simulasi
Pemodelan matematis yang telah disusun diselesaikan dengan
bantuan program Mic. Excel menggunakan metode Runge-Kutta:
a. Menentukan tinggi reaktor
Tabel 13. Hasil simulasi pemodelan matematis untuk reaksi 1 dan reaksi 2
z X1 X2 T Tp 0 0 0 403,15 323,15
0,05 0,0094 -0,0002 402,9526 325,3834 0,1 0,0185 -0,0002 402,7620 327,5489 0,15 0,0274 -0,0002 402,5780 329,6486 0,1 0,0180 -0,00008 402,7753 327,4166 0,15 0,0269 -0,0001 402,5909 329,5204 0,2 0,0356 -0,0001 402,4131 331,5603 0,25 0,0441 -0,0001 402,2416 333,5384 0,2 0,0352 -0,00007 402,4259 331,4358 0,25 0,0437 -0,0001 402,2540 333,4177 0,3 0,0520 0,0000 402,0883 335,3394 0,35 0,0602 0,0000 401,9288 337,2028 0,3 0,0517 -0,00004 402,1006 335,2222 0,35 0,0598 0,0000 401,9407 337,0893 0,4 0,0678 0,0000 401,7867 338,8997
𝜉5 = 𝑅𝑒�
e,=�𝑊𝑒�e,=
�1 + 3,17𝑅𝑒�5,��𝑊𝑒�
5,=�e,5
z X1 X2 T Tp 0,45 0,0756 0,0000 401,6386 340,6554 0,4 0,0674 0,00001 401,7985 338,7895 0,45 0,0752 0,0000 401,6500 340,5485 0,5 0,0829 0,0001 401,5073 342,2543 0,55 0,0904 0,0001 401,3702 343,9084 0,5 0,0826 0,00007 401,5185 342,1505 0,55 0,0901 0,0001 401,3810 343,8079 0,6 0,0974 0,0001 401,2490 345,4152 0,65 0,1047 0,0002 401,1223 346,9739 0,6 0,0972 0,00014 401,2597 345,3175 0,65 0,1044 0,0002 401,1327 346,8793 0,7 0,1115 0,0002 401,0109 348,3939 0,75 0,1185 0,0003 400,8941 349,8628 0,7 0,1112 0,00022 401,0211 348,3020 0,75 0,1182 0,0003 400,9040 349,7738 0,8 0,1251 0,0003 400,7919 351,2012 0,85 0,1318 0,0004 400,6846 352,5856 0,8 0,1248 0,00031 400,8016 351,1147 0,85 0,1316 0,0004 400,6940 352,5019 0,9 0,1382 0,0004 400,5911 353,8472 0,95 0,1447 0,0005 400,4928 355,1522 0,9 0,1380 0,00041 400,6003 353,7659 0,95 0,1445 0,0005 400,5017 355,0734
1 0,1510 0,0005 400,4076 356,3416 1,05 0,1573 0,0006 400,3178 357,5718
1 0,1508 0,00052 400,4163 356,2652 1,05 0,1571 0,0006 400,3263 357,4977 1,1 0,1634 0,0006 400,2405 358,6934 1,15 0,1695 0,0007 400,1588 359,8533 1,1 0,1632 0,00064 400,2488 358,6214 1,15 0,1693 0,0007 400,1668 359,7836 1,2 0,1754 0,0008 400,0889 360,9109 1,25 0,1814 0,0008 400,0149 362,0047 1,2 0,1753 0,00077 400,0967 360,8433 1,25 0,1813 0,0008 400,0225 361,9391 1,3 0,1872 0,0009 399,9520 363,0023 1,35 0,1930 0,0010 399,8852 364,0338 1,3 0,1870 0,00090 399,9594 362,9387 1,35 0,1929 0,0010 399,8924 363,9722 1,4 0,1987 0,0010 399,8290 364,9750 1,45 0,2044 0,0011 399,7691 365,9480 1,4 0,1985 0,00104 399,8360 364,9151 1,45 0,2042 0,0011 399,7759 365,8900 1,5 0,2099 0,0012 399,7191 366,8360 1,55 0,2154 0,0013 399,6657 367,7540 1,5 0,2097 0,00119 399,7257 366,7797 1,55 0,2153 0,0013 399,6721 367,6995 1,6 0,2208 0,0013 399,6217 368,5920 1,65 0,2263 0,0014 399,5743 369,4583
z X1 X2 T Tp 1,6 0,2207 0,00135 399,6279 368,5391 1,65 0,2262 0,0014 399,5804 369,4070 1,7 0,2316 0,0015 399,5359 370,2494 1,75 0,2369 0,0016 399,4944 371,0670 1,7 0,2315 0,00151 399,5418 370,1996 1,75 0,2368 0,0016 399,5001 371,0187 1,8 0,2421 0,0017 399,4612 371,8138 1,85 0,2473 0,0018 399,4251 372,5857 1,8 0,2420 0,00168 399,4668 371,7670 1,85 0,2472 0,0018 399,4305 372,5403 1,9 0,2524 0,0019 399,3970 373,2910 1,95 0,2576 0,0019 399,3660 374,0198 1,9 0,2523 0,00186 399,4022 373,2470 1,95 0,2575 0,0019 399,3711 373,9772
2 0,2626 0,0020 399,3425 374,6861 2,05 0,2676 0,0021 399,3164 375,3744
2 0,2625 0,00204 399,3475 374,6447 2,05 0,2676 0,0021 399,3212 375,3343 2,1 0,2726 0,0022 399,2973 376,0040 2,15 0,2775 0,0023 399,2757 376,6542 2,1 0,2725 0,00223 399,3020 375,9650 2,15 0,2775 0,0023 399,2803 376,6165 2,2 0,2824 0,0024 399,2608 377,2492 2,25 0,2873 0,0025 399,2435 377,8637 2,2 0,2823 0,00243 399,2652 377,2126 2,25 0,2872 0,0025 399,2478 377,8283 2,3 0,2921 0,0026 399,2325 378,4262 2,35 0,2969 0,0027 399,2193 379,0071 2,3 0,2920 0,00263 399,2366 378,3918 2,35 0,2968 0,0027 399,2233 378,9737 2,4 0,3016 0,0028 399,2119 379,5390 2,45 0,3063 0,0029 399,2025 380,0883 2,4 0,3015 0,00284 399,2158 379,5067 2,45 0,3063 0,0029 399,2062 380,0569 2,5 0,3110 0,0031 399,1985 380,5915 2,55 0,3157 0,0032 399,1927 381,1109 2,5 0,3109 0,00306 399,2022 380,5610 2,55 0,3156 0,0032 399,1962 381,0814 2,6 0,3203 0,0033 399,1920 381,5872 2,65 0,3249 0,0034 399,1895 382,0786 2,6 0,3202 0,00328 399,1954 381,5585 2,65 0,3248 0,0034 399,1928 382,0509 2,7 0,3294 0,0035 399,1918 382,5295 2,75 0,3340 0,0036 399,1924 382,9946 2,7 0,3293 0,00351 399,1950 382,5025 2,75 0,3339 0,0036 399,1955 382,9685 2,8 0,3384 0,0037 399,1976 383,4215 2,85 0,3429 0,0039 399,2012 383,8620 2,8 0,3384 0,00374 399,2006 383,3962
z X1 X2 T Tp 2,85 0,3429 0,0039 399,2041 383,8374 2,9 0,3474 0,0040 399,2091 384,2664 2,95 0,3518 0,0041 399,2154 384,6836 2,9 0,3473 0,00399 399,2119 384,2426 2,95 0,3518 0,0041 399,2181 384,6605
3 0,3562 0,0042 399,2258 385,0669 3,05 0,3606 0,0044 399,2347 385,4622
3 0,3561 0,00423 399,2284 385,0445 3,05 0,3605 0,0044 399,2373 385,4405 3,1 0,3649 0,0045 399,2474 385,8257 3,15 0,3693 0,0046 399,2588 386,2004 3,1 0,3649 0,00449 399,2499 385,8046 3,15 0,3692 0,0046 399,2612 386,1800 3,2 0,3736 0,0047 399,2737 386,5452 3,25 0,3779 0,0049 399,2873 386,9005 3,2 0,3735 0,00475 399,2760 386,5254 3,25 0,3778 0,0049 399,2896 386,8813 3,3 0,3821 0,0050 399,3042 387,2277 3,35 0,3864 0,0051 399,3200 387,5649 3,3 0,3821 0,00502 399,3064 387,2091 3,35 0,3863 0,0052 399,3221 387,5468 3,4 0,3906 0,0053 399,3389 387,8756 3,45 0,3948 0,0054 399,3566 388,1956 3,4 0,3905 0,00529 399,3409 387,8581 3,45 0,3947 0,0054 399,3586 388,1786 3,5 0,3989 0,0056 399,3772 388,4907 3,55 0,4031 0,0057 399,3969 388,7947 3,5 0,3989 0,00557 399,3791 388,4743 3,55 0,4031 0,0057 399,3987 388,7787 3,6 0,4072 0,0059 399,4191 389,0752 3,65 0,4114 0,0060 399,4405 389,3639 3,6 0,4072 0,00586 399,4209 389,0597 3,65 0,4113 0,0060 399,4422 389,3489 3,7 0,4155 0,0062 399,4643 389,6307 3,75 0,4196 0,0063 399,4873 389,9052 3,7 0,4154 0,00615 399,4660 389,6161 3,75 0,4195 0,0063 399,4889 389,8911 3,8 0,4236 0,0065 399,5126 390,1591 3,85 0,4277 0,0066 399,5370 390,4202 3,8 0,4236 0,00645 399,5141 390,1453 3,85 0,4276 0,0066 399,5385 390,4069 3,9 0,4317 0,0068 399,5636 390,6618 3,95 0,4357 0,0069 399,5895 390,9103 3,9 0,4316 0,00676 399,5651 390,6489 3,95 0,4357 0,0069 399,5908 390,8978
4 0,4397 0,0071 399,6173 391,1405 4,05 0,4437 0,0072 399,6445 391,3772
4 0,4396 0,00708 399,6187 391,1284 4,05 0,4436 0,0072 399,6457 391,3654
z X1 X2 T Tp 4,1 0,4476 0,0074 399,6735 391,5966 4,15 0,4516 0,0076 399,7018 391,8220 4,1 0,4476 0,00740 399,6747 391,5851 4,15 0,4515 0,0076 399,7030 391,8110 4,2 0,4555 0,0077 399,7319 392,0313 4,25 0,4594 0,0079 399,7613 392,2463 4,2 0,4554 0,00772 399,7330 392,0206 4,25 0,4594 0,0079 399,7624 392,2359 4,3 0,4633 0,0081 399,7924 392,4460 4,35 0,4672 0,0082 399,8229 392,6511 4,3 0,4632 0,00806 399,7934 392,4359 4,35 0,4671 0,0082 399,8239 392,6413 4,4 0,4710 0,0084 399,8548 392,8418 4,45 0,4749 0,0086 399,8862 393,0376 4,4 0,4710 0,00840 399,8558 392,8323 4,45 0,4748 0,0086 399,8872 393,0283 4,5 0,4787 0,0087 399,9190 393,2198 4,55 0,4825 0,0089 399,9513 393,4069 4,5 0,4787 0,00875 399,9199 393,2109 4,55 0,4825 0,0089 399,9522 393,3982 4,6 0,4863 0,0091 399,9849 393,5811 4,65 0,4901 0,0093 400,0180 393,7599 4,6 0,4863 0,00910 399,9857 393,5727 4,65 0,4901 0,0093 400,0187 393,7517 4,7 0,4939 0,0095 400,0522 393,9267 4,75 0,4976 0,0096 400,0860 394,0977 4,7 0,4938 0,00946 400,0530 393,9187 4,75 0,4976 0,0096 400,0867 394,0900 4,8 0,5013 0,0098 400,1209 394,2574 4,85 0,5051 0,0100 400,1554 394,4211 4,8 0,5013 0,00983 400,1216 394,2499 4,85 0,5050 0,0100 400,1589 394,4138 4,9 0,5088 0,0102 400,1964 394,5742 4,95 0,5125 0,0104 400,2343 394,7312 4,9 0,5087 0,01021 400,1970 394,5673 4,95 0,5125 0,0104 400,2377 394,7245
5 0,5161 0,0106 400,2786 394,8784 5,05 0,5198 0,0108 400,3198 395,0292
5 0,5161 0,01059 400,2792 394,8721 5,05 0,5198 0,01078 400,3201 395,0251 5,1 0,5235 0,0110 400,3616 395,1729 5,15 0,5271 0,0112 400,4032 395,3178 5,1 0,5234 0,01098 400,3622 395,1648 5,15 0,5271 0,01118 400,4035 395,3140 5,2 0,5308 0,0114 400,4454 395,4560 5,25 0,5344 0,0116 400,4875 395,5953 5,2 0,5307 0,01138 400,4462 395,4463 5,25 0,5344 0,01158 400,4878 395,5918 5,3 0,5380 0,0118 400,5301 395,7284
z X1 X2 T Tp 5,35 0,5416 0,0120 400,5725 395,8625 5,3 0,5379 0,01179 400,5309 395,7171 5,35 0,5416 0,01199 400,5727 395,8591 5,4 0,5452 0,0122 400,6154 395,9907 5,45 0,5487 0,0124 400,6582 396,1198 5,4 0,5451 0,01220 400,6163 395,9780 5,45 0,5487 0,01240 400,6584 396,1167 5,5 0,5523 0,0126 400,7013 396,2435 5,55 0,5558 0,0128 400,7444 396,3679 5,5 0,5522 0,01262 400,7023 396,2294 5,55 0,5558 0,01282 400,7446 396,3650 5,6 0,5594 0,0130 400,7878 396,4873 5,65 0,5629 0,0133 400,8311 396,6073 5,6 0,5593 0,01305 400,7888 396,4718 5,65 0,5629 0,01325 400,8312 396,6046 5,7 0,5664 0,0135 400,8746 396,7226 5,75 0,5699 0,0137 400,9182 396,8385 5,7 0,5663 0,01348 400,8758 396,7059 5,75 0,5699 0,01369 400,9183 396,8359 5,8 0,5733 0,0139 400,9619 396,9499 5,85 0,5768 0,0141 401,0056 397,0619 5,8 0,5732 0,01392 400,9631 396,9321 5,85 0,5768 0,01414 401,0057 397,0595 5,9 0,5802 0,0144 401,0494 397,1697 5,95 0,5837 0,0146 401,0932 397,2780 5,9 0,5801 0,01437 401,0506 397,1507 5,95 0,5837 0,01459 401,0933 397,2757
6 0,5871 0,0148 401,1372 397,3823 6,05 0,5905 0,0150 401,1811 397,4871
6 0,5870 0,01483 401,1384 397,3623 6,05 0,5905 0,01505 401,1811 397,4850 6,1 0,5939 0,0153 401,2251 397,5882 6,15 0,5973 0,01551 401,2689 397,6944 6,1 0,5938 0,01530 401,2263 397,5672 6,15 0,5972 0,0155 401,2702 397,6694 6,2 0,6005 0,0158 401,3141 397,7699 6,25 0,6041 0,01598 401,3568 397,8958 6,2 0,6005 0,01577 401,3142 397,7665 6,25 0,6039 0,0160 401,3581 397,8655 6,3 0,6072 0,0162 401,4021 397,9630 6,35 0,6108 0,01646 401,4447 398,0910 6,3 0,6072 0,01625 401,4021 397,9597 6,35 0,6105 0,0165 401,4461 398,0558 6,4 0,6139 0,0167 401,4900 398,1504 6,45 0,6174 0,01694 401,5327 398,2805 6,4 0,6138 0,01674 401,4900 398,1472 6,45 0,6171 0,0170 401,5339 398,2406 6,5 0,6204 0,0172 401,5778 398,3325 6,55 0,6240 0,01743 401,6205 398,4644
z X1 X2 T Tp 6,5 0,6204 0,01723 401,5778 398,3294 6,55 0,6237 0,0175 401,6217 398,4201 6,6 0,6269 0,0177 401,6655 398,5095 6,65 0,6306 0,01794 401,7082 398,6432 6,6 0,6269 0,01774 401,6655 398,5065 6,65 0,6302 0,0180 401,7093 398,5947 6,7 0,6334 0,0182 401,7530 398,6816 6,75 0,6370 0,01844 401,7958 398,8171 6,7 0,6334 0,01825 401,7530 398,6787 6,75 0,6366 0,0185 401,7967 398,7646 6,8 0,6398 0,0188 401,8403 398,8492 6,85 0,6434 0,01896 401,8831 398,9863 6,8 0,6398 0,01877 401,8402 398,8464 6,85 0,6430 0,0190 401,8838 398,9300 6,9 0,6461 0,0193 401,9273 399,0124 6,95 0,6498 0,01948 401,9702 399,1511 6,9 0,6461 0,01929 401,9272 399,0097 6,95 0,6493 0,0196 401,9706 399,0912
7 0,6524 0,0198 402,0140 399,1715 7,05 0,6561 0,02001 402,0569 399,3116
7 0,6524 0,01982 402,0139 399,1689 7,05 0,6555 0,0201 402,0571 399,2483 7,1 0,6586 0,0204 402,1003 399,3267 7,15 0,6624 0,02055 402,1433 399,4682 7,1 0,6586 0,02037 402,1001 399,3242 7,15 0,6617 0,0206 402,1432 399,4017 7,2 0,6648 0,02091 402,1864 399,4795 7,25 0,6685 0,02110 402,2294 399,6210 7,3 0,6716 0,0214 402,2723 399,6938 7,35 0,6746 0,0217 402,3152 399,7658 7,3 0,6709 0,02146 402,2722 399,6250 7,35 0,6746 0,02166 402,3149 399,7653 7,4 0,6776 0,0219 402,3577 399,8365 7,45 0,6806 0,0222 402,4003 399,9069 7,4 0,6770 0,02203 402,3574 399,7672 7,45 0,6806 0,02222 402,4000 399,9065 7,5 0,6836 0,0225 402,4425 399,9761 7,55 0,6866 0,0228 402,4848 400,0450 7,5 0,6829 0,02260 402,4421 399,9063 7,55 0,6866 0,02280 402,4846 400,0446 7,6 0,6895 0,0231 402,5267 400,1127 7,65 0,6925 0,0234 402,5688 400,1801 7,6 0,6888 0,02318 402,5263 400,0425 7,65 0,6925 0,02338 402,5685 400,1798 7,7 0,6954 0,0237 402,6104 400,2465 7,75 0,6983 0,0240 402,6522 400,3125 7,7 0,6947 0,02376 402,6099 400,1758 7,75 0,6983 0,02397 402,6519 400,3122 7,8 0,7012 0,0243 402,6935 400,3775
z X1 X2 T Tp 7,85 0,7041 0,0246 402,7350 400,4422 7,8 0,7005 0,02436 402,6929 400,3064 7,85 0,7041 0,02456 402,7347 400,4420 7,9 0,7069 0,0249 402,7760 400,5060 7,95 0,7098 0,0252 402,8171 400,5694 7,9 0,7062 0,02496 402,7752 400,4345 7,95 0,7098 0,02516 402,8169 400,5692
8 0,7126 0,0255 402,8578 400,6319 8,05 0,7154 0,0258 402,8986 400,6941
8 0,7119 0,02556 402,8569 400,5600 8,05 0,7154 0,02577 402,8983 400,6939 8,1 0,7182 0,0261 402,9390 400,7555 8,15 0,7210 0,0264 402,9794 400,8164 8,1 0,7175 0,02618 402,9380 400,6832 8,15 0,7210 0,02639 402,9791 400,8163 8,2 0,7237 0,0267 403,0194 400,8767 8,25 0,7265 0,0270 403,0596 400,9365 8,2 0,7230 0,02680 403,0183 400,8041 8,25 0,7265 0,02702 403,0592 400,9364 8,3 0,7292 0,0273 403,0992 400,9957 8,35 0,7320 0,02764 403,1393 401,0566 8,3 0,7285 0,02743 403,0979 400,9227 8,35 0,7312 0,0277 403,1375 400,9834 8,4 0,7339 0,0281 403,1769 401,0436 8,45 0,7374 0,02827 403,2182 401,1764 8,4 0,7339 0,02806 403,1766 401,0418 8,45 0,7366 0,0284 403,2158 401,1013 8,5 0,7392 0,0287 403,2548 401,1604 8,55 0,7428 0,02891 403,2964 401,2940 8,5 0,7392 0,02871 403,2545 401,1586 8,55 0,7419 0,0290 403,2933 401,2171 8,6 0,7445 0,0294 403,3319 401,2751 8,65 0,7481 0,02956 403,3738 401,4094 8,6 0,7445 0,02935 403,3316 401,2733 8,65 0,7471 0,0297 403,3701 401,3308 8,7 0,7497 0,0300 403,4083 401,3877 8,75 0,7533 0,03021 403,4504 401,5227 8,7 0,7497 0,03001 403,4080 401,3859 8,75 0,7523 0,0303 403,4461 401,4424 8,8 0,7549 0,0307 403,4839 401,4983 8,85 0,7585 0,03087 403,5263 401,6341 8,8 0,7548 0,03067 403,4836 401,4966 8,85 0,7574 0,0310 403,5213 401,5521 8,9 0,7600 0,0313 403,5588 401,6071 8,95 0,7636 0,03154 403,6014 401,7435 8,9 0,7599 0,03134 403,5584 401,6054 8,95 0,7625 0,0317 403,5957 401,6599
9 0,7650 0,0320 403,6328 401,7139
7. Menghitung Dimensi dan Volume Reaktor
a. Tube Reaktor
1. Pemilihan pipa
Dipilih berdasarkan Rase, H.F., “Chemical Reactor
Design for Process Plant”, (1977), John Wiley and Son,
Inc., N.Y,vol.I, Hal 535. Ukuran pipa (diameter dalam
dan luar pipa) yang digunakan berkisar antara 1 – 2 inch.
Dipilih pipa komersial
Sch : 40
ODt : 1 in
IDt : 0,884 in
Sumber : Kern D.Q, 1983, “Process Heat Transfer”,
Case Institute of technology, London, Hal 844
2. Susunan Pipa
Dipilih susunan triangular untuk menyusun pipa dalam
reaktor supaya turbulensi yang terjadi pada aliran fluida
dalam shell menjadi besar, sehingga akan memperbesar
koefisien perpindahan panas konveksi:
Npass : 1
3. Jarak antar pitch
Untuk mengitung pitch digunakan persamaan sebagai
berikut:
PT : 1,25 ODt
: 1,25 (1 in)
: 1,25 in
Sumber : Kern D. Q, 1983, ‘Process Heat Transfer”,
Case Institute of Technology, London, Hal 844.
4. Jarak antar pipa
Untuk menghitung clearance digunakan persamaan
sebagai berikut:
C’ : PT – ODt
: (1,25 – 1) in
: 0,25 in
5. Jumlah Pipa
Jumlah pipa yang diperlukan dihitung berdasarkan
bilangan Reynold yang digunakan:
𝑁𝑡 = 4ṁ
𝜋𝐼𝐷𝑡𝑅𝑒𝑡𝜇
Nt = 778
Keterangan :
Ret : Bilangan Reynold aliran campuran tube
Gt : fluks massa campuran di tube
ṁ : laju alir massa campuran di tube
at : luas penampang tube
IDt : diameter dalam pipa
Nt : Jumlah pipa
µ :Viskositas campuran
6. Koefisien Perpindahan Panas dalam Pipa
Koefisien perpindahan panas tube dihitung dengan
persamaan berikut:
hi = 0,021 ktav/IDt Ret0,8Pr1/3
Sumber : Toweller G., Ray Sinnot, “Chemical
Engineering Design”. Butterworth Heinsemann Elseveir,
London, 2008, hal 824.
Pada suhu rata-rata fasa campuran di tube sepanjang
reaktor TAV = 140,3283 °C, didapatkan data fisis
campuran sebagai berikut:
CpAV = 3,9423 kJ/kg.K
KthAV = 4,376 × 10-4 kJ/s.m.K
µAV = 1,713 × 10-4 kg/m.s
Pr = 1,5432
Maka, koefisien perpindahan panas dalam tube:
hi = 0,1114 kJ/s.m2.K
hio = IDt/Odt × hi
= 0,1020 kJ/s.m2.K
Keterangan :
hi = koefisien perpindahan panas dalam tube
hio = koefisien perpindahan panas luar tube
Cp = kapasitas panas campuran dalam tube
kf = konduktivitas termal campuran
b. Shell Reaktor
1. Diameter dalam Shell
Untuk susunan Triangular Pitch, diameter Shell dihitung dari
persamaan berikut:
𝑛� = ´(𝐼𝑑𝑠 − 𝐾5)=
𝜋4 + 𝐾=µ − 𝑝𝑖𝑡𝑐ℎ(𝐼𝑑� −𝐾5)(𝐾·𝑛� �� + 𝐾¸)
1,233𝑝𝑖𝑡𝑐ℎ=
Tabel 6. Nilai konstanta K1, K2, K3, dan K4
Sumber: Ludwig E.E., 1973, ‘Applied Process Design of Chemical and
Petrochemical Plants”, ed, vol 3, Hal 36
Dari hasil trial and error untuk jumlah pipa 453, didapatkan diameter
shell:
IDs : 69,04 in = 1,73 m
Berdasarkan J.M. Winterbottom. (1999). “Reactor Design for Chemical
Engineers”, Stanley Thoners Publisher, hal 362. Ukuran pipa (diameter
dalam dan luar pipa) yang digunakan maksimal 3 meter.
Maka, untuk ukuran diameter sebesar 1,2013854 meter masih masuk
kedalam range standar diameter trickle bed reactor (TBR).
Konstanta Susunan Triangular
K1 -1,08
K2 -0,9
K3 0,69
K4 -0,8
2. Tebal Shell
Untuk mencari tebal dinding shell dihitung dengan persamaan:
𝑡� = 𝑃°𝐷°
4𝑓𝜀 + 0,8𝑃0+ 𝐶
Sumber: Sinnot, 2008, “Chemical Engineering Design Principles
Practice and Economics Plant and Process Design”, Mc Graw Hill,
Hal 986.
Keterngan :
C’ : Faktor korosi (m)
F : Setress (atm)
Pi : Tekanan perancangan alat ukur (atm)
Di : Diameter shell (m)
ts : Tebal shell (m)
ε : Efisiensi faktor
Dipilih bahan konstruksi stainless steel grade 304 allowable stress fall
18750 Psi:
f : 18750 psi = 1275,5102 atm
ε : 85%, menggunakan double weld butt joint with bonding strips.
Faktor Korosi
C’ : 0,125 in × 0,0254 m/in
: 0,003175
Sumber : Sinnot, 2008,”Chemical Engineering Design Principles,
Practice and Economics Plant and Process Design”, Mc Graw Hill,
Hal 986.
Untuk tekanan perancangan alat ukur untuk reaktor ini, shell mampu
menahan tekanan sebesar 20% lebih tinggi dari tekanan
operasi.Tekanan perancangan alat ukur menggunakan rumus
Pi = 120% × P
Sumber: Meggyessy, 1999,”Pressure Vessel Handbook”, London, Hal
17.
Pi = 120% × 80 atm = 96 atm
Dengan data tersebut diperoleh ts = 0,029303 m = 1,15366
3. Diameter luar Shell
Diameter luar shell dihitung dengan persamaan berikut:
ODs = Ids + 2ts
= 69,04 + (2 × 1,15366)
= 71,34 in
= 1,816 m
Diameter luar shell 60 in (1,524 m)
4. Jarak antar baffle
Jarak antar baffle dihitung dari persamaan berikut:
Sumber: Kern D. Q, 1983, “Process Heat Transfer”, Case Institute of
Technology, London, Hal 717.
Bs = IDs/5
= 13,808 in
= 0,35072 m
5. Diameter Ekivalen Shell
𝐷𝑒 = ¹4(0,5𝑃 × 0,866𝑃 − 0,125𝜋𝑂𝐷¢=
0,5𝜋𝑂𝐷𝑡 º
= 5,222 in
= 0,132 m
c. Tutup Reaktor
1. Tebal Tutup Reaktor
Digunkana tutup reaktor berjenis Hemispherical Head karena jenis
head reaktor ini dapat memenuhi tekanan operasi yang digunakan.
Jadi, tebal tutup reaktor adalah:
𝑡» =(96𝑎𝑡𝑚 × 1,20138)
(4 × 1275,5102𝑎𝑡𝑚 × 0,85) − (0,4 × 96𝑎𝑡𝑚)
+ 0,003175𝑚
th = 0,03m
= 1,181 in
2. Tinggi Tutup Reaktor
Tinggi tutup reaktor dihitung dengan persamaan:
OA = THi + th
Sumber: Toweller G., Ray Sinnot, ”Chemical Engineering Design”,
Butterworth Heinsemann Elseveir, London, 2008, hal 987.
THi = DH + sf
DH = RC
CR = 0,5Di
Di = Do – 2th
Nilai sf diperoleh dari table 5.11 Brownell and Young, “Process
Equipment Design” (1959), John Willey and Son, New York. Nilai sf
berkisar antara 2 in sampai 4 in. Maka dipilih sf dengan nilai:
Sf = 3 in
= 0,0762 m
Do = 1,476 m
= 58,1 in
Di = 60 – 2 th
Di = 57,308 in
RC/CR = 0,5Di
= 28,654 in
DH = CR = 28,654 in
THi = DH + sf
= 31,654 in
OA = THi + th
= 31,654 + 1,181
= 0,834
d. Tinggi Total Reaktor
Tinggi reaktor (Tr) adalah tinggi kedua head ditambah dengan panjang tube
tR = ( Panjang tube + (2 x Top Tinggi Head) = 342,52 in + (2 x 0,834) in
= 344,188 in = 8,7423752 m
e. Menghitung Volume Reaktor
Volume shell = 1/4 × π × ID2 × tinggi shell
= 21,098 m3
Volume head = π / 12 × D3
= 1,410 m3
Volume Reaktor = Volume shell + Volume top head
= 22,509 m3
7. Menentukan Diameter Pipa Pemasukan dan Pengeluaran pada Reaktor
Umpan masuk (WT) = 37634,1215 kg/jam
Densitas Campuran = 916,913 kg/m3
Debit Umpan = Umpan masuk / Densitas Campuran
= 41.044 m3 / jam
= 0.4026 ft3/ detik
Diameter Optimum = 3,9 × (0.4026)0.45 × (57,24)0,13 (Walas, eq.
6.32.)
= 4,38 in
Dipakai diameter pipa standar:
Normal size pipe = 6 in
SN = 160 XX 80S
OD = 6,625 in
ID = 4,897 in
8. Diameter Manhole
Manhole didesain untuk masuknya teknisi saat jadwal pembersihan ato shut
down. Besarnya diameter manhole berkisar 12-24 in (Backhurst, 1973). Pada
perancangan ini dipakai diameter manhole 20 in.
9. Isolator Reaktor
Isolasi perlu ditambahkan pada dinding reaktor untuk keamanan para operator
yang berada dekat dengan reaktor mengingat reaksi yang berjalan secara
eksotermis. Selain itu isolator berfungsi untuk menjaga suhu peralatan agar
tidak terpengaruhi oleh fluktuasi suhu lingkungan. Adapun asumsi yang
digunakan, yaitu:
1. Suhu permukaan dinding dalam shell = suhu media pendingin
2. Perpindahan kalor terjadi dalam keadaan tunak
3. Perpindahan kalor yang terjadi:
a. Perpindahan kalor secara konduksi dari dinding dalam shell ke
dinding luar shell
b. Perpindahan kalor secara konduksi dari dinding dalam isolator ke
dinding luar isolator
c. Perpindahan kalor secara konveksi dan radiasi dari permukaan
isolator ke udara lingkungan.
Bahan konstruksi dari shell adalah stainless steel dengan spesifikasi:
ks = 45 W/m.K
ρs = 7833 kg/m3
∊s = 0,61
Daftar A-2 Holman (1986) halaman 636
Bahan konstruksi dari isolator dipilih asbestos dengan spesifikasi:
kis = 0,161 W/m.K
ρis = 570 kg/m3
∊is = 0,96
Alasan pemilihan asbestos sebagai isolator adalah:
1. Suhu operasi dapat menahan sampai suhu 400 °F
2. Konduktivitas thermal kecil
Daftar A-3 Holman (1986) halaman 639
Bila suhu lingkungan diasumsikan Tu = 30 °C dan diinginkan suhu
permukaan isolator 40 °C (T3), maka diperoleh Tbulk (Tf):
Tf = 6½Y6¾=
= 308,15 K
Sifat – sifat udara pada suhu 308,15 K diperoleh dengan cara interpolasi data
dari daftar A-5 Holman (1986):
ρ = 1,1482 kg/m3
Cp = 1,0066 kJ/kg.K
µ = 1,9057 × 10-5 kg/m.s
v = 1,7008 × 10-5 kg/m.s
kud = 0,0272 W/m.K
Data tambahan
β = Tf -1 = 3,245 × 10-3 K-1
Tinggi reaktor, L = 5,3256 m
Konstanta Boltzman = 5,669 × 10-8 W/m2.K4
R1 = 0,7045
R2 = 0,762
Menghitung bilangan Grashoff
Gr = ".¿(6½36¾)
ªO
= 1,099 × 109
Menghitung bilangan Prandtl
Pr = @�×À_
Pr = 0,705
Menghitung bilangan Nusselt
Nu = 0,1(𝐺𝑟 × Pr)5/·
Nu = 91,846
Menghitung koefisien perpindahan panas konveksi
hc = Â]Ã]C
�
hc = 0,4684 W/m2.K
a. Perpindahan panas radiasi
qr = 𝜀𝜏(𝑇·¸ − 𝑇]¸)
qr = 63,7145 W/m2
Koefisien perpindahan panas radiasi:
hr = �Å
(6½36¾)
hr = 6,37145 W/m2.K
b. Penentuan tebal isolasi
Menentukan T2 dari neraca panas tiap lapisan:
𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠 = 2𝜋𝐿(𝑇1 − 𝑇𝑢)
𝑙𝑛 𝑅=𝑅5𝑘5
+𝑅·𝑅=𝑘=
+ 1(ℎ𝑐 + ℎ𝑟)𝑅·
𝑄Ç𝑙𝑜𝑠𝑠 = 2𝜋𝐿(𝑇5 − 𝑇·)
𝑙𝑛𝑅=𝑅5𝑘5
+ln 𝑅·𝑅=𝑘=
Karena steady state,
𝑄𝑙𝑜𝑠𝑠2𝜋𝐿 =
𝑄′𝑙𝑜𝑠𝑠2𝜋𝐿
(37,79 − 303,15)
𝑙𝑛 0,7620,704545 +
𝑙𝑛 𝑅·0,7620,161 + 1
(0,4684 + 6,371)𝑅·
=(397,79 − 303,15)
𝑙𝑛 0,7620,704545 +
𝑙𝑛 𝑅·0,7620,161
Maka diperoleh nilai R3 = 0,811 m
Tebal isolasi = R3 – R2
= 0,811 - 0,762
= 0,049 m
= 4,9 cm
10. Menghitung Massa Katalis
A
AB
Ao rdX
FdW
-= r
( )dZIDNdW ttB .1..4
.. 2 epr -=
( )òò ÷øö
çèæ -=
Z
ttB
WdZIDNdw
0
2
0.1..
4.. epr
W = . Nt. p/4. Di2. (1-ε). Dz
W = 765,7571 Kg
11. Menghitung Volume Katalis
Volume katalis = Q_ ¢ ^0�Ë
= 0,0665876 m3
12. Menghitung Waktu Tinggal dalam Reaktor
a. Menghitung laju alir volumetric (Fv)
𝐹𝑣 = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠𝐶𝑎𝑚𝑝𝑢𝑟𝑎𝑛
𝐹𝑣 = 60,40273𝑚·/jam
b. Menghitung waktu tinggal
t =𝑣𝐹𝑣
t = 0,372jam
= 22,359 menit
Br
