commit to user
Prarancangan Pabrik Sodium Bicarbonat dari Sodium Carbonat dan CO
2
K apasit as 100.000 t on t ahun
PENDAHU LU AN
168
168
I
2 1
BL 3
1 BL
μc ρc
. ρc
μc .
g 42
. k
2. Penentuan Parameter Konversi M a. Diffusivitas carbon dioksida terlarut ke dalam cairan
Dengan :
BL
= Difusivitas CO
2
dalam pelarut, m
2
s Ö
= Faktor disosiasi pelarut air,Ö = 2,26 BM
= Berat molekul campuran cairan, kgkmol T
= Suhu reaktor, K ì
L
= Viskositas cairan, kgm.s v
B
= Volume molal CO
2
pada titik didihnya, m
3
kmol = 0,034 m
3
kmol
BL
= 1,46.10
-9
m
2
s = 5,26.10
-6
m
2
jam
b. Koefisien transfer massa CO
2
di fase cair
Untuk rancangan perforated plate
Dengan : K
BL
= Koefisien transfer massa CO
2
pada fase cair, ms g
= Percepatan gravitasi, ms
2
0,6 B
2 1
18 BL
v .
T .
BM .
φ .
117,3.10
L
0,6 B
2 1
18 BL
v .
T .
BM .
φ .
117,3.10
L
commit to user
Prarancangan Pabrik Sodium Bicarbonat dari Sodium Carbonat dan CO
2
K apasit as 100.000 t on t ahun
PENDAHU LU AN
169
169
I
ìc = Viskositas cairan, kgm.s
ñc = Densitas cairan, kgm
3
BL
= Difusivitas oksigen ke dalam cairan pada fase cair, m
2
s
k
BL
= 2,924.10
-4
ms = 1,053 mjam
c. Menghitung konstanta kecepatan reaksi
Reaksi 1 Na
2
CO
3 s
+ H
2
O
L
+ CO
2
2NaHCO
3
A + B C dapat dituliskan :
Untuk persamaan 1 : Karena CO
2
konstan, maka : C
B0
=C
B B
A A
C C
k r
t .
C 98
, 1
ln k
t .
C X
1 ln
k t
. k.C
X 1
ln dt
C k
x -
1 dx
C .
x -
1 C
. k
dt dX
C C
. x
- 1
C .
k dt
dC C
. x
- 1
C .
k r
C .
C k.
r
B0 B0
A B0
A B0
t X
A A
B0 A
A0 A
A0 B0
A A0
A B0
A A0
A B
A A
commit to user
Prarancangan Pabrik Sodium Bicarbonat dari Sodium Carbonat dan CO
2
K apasit as 100.000 t on t ahun
PENDAHU LU AN
170
170
I
dimana : X
A
= konversi sodium carbonat Diketahui konversi = 98
US.Patent; 725,584,1 C
B0
= 2,158E-8 kmolcm
3
t = 60 menit
k = 3,021E+00 m
3
kmol.menit = 5,035E-02 m
3
kmol.s = 1,813E+02 m
3
kmol.jam
d. Menghitung parameter konversi M
H
M
H 2
2 BL
BL A
r
k .
C .
k
M
H
= 0,09411
Nilai 0,02Mh2 sehingga transfer massa dan reaksi kimia sama – sam berpengaruh..
3. Penentuan Kecepatan Reaksi
k = 1,813E+02 m
3
kmol.jam C
AO
= 3,1880 kmolm
3
C
BO
= 2,1583E-02 kmolm
3
x
A
= 0,98 -r
A
= 2,4943E-01 kmolm
3
.jam
commit to user
Prarancangan Pabrik Sodium Bicarbonat dari Sodium Carbonat dan CO
2
K apasit as 100.000 t on t ahun
PENDAHU LU AN
171
171
I
4. Perancangan Perforated Plate
Digunakan perforated plate dengan susunan triangular pitch dengan pertimbangan :
Jumlah lubang tiap satuan lebih besar daripada susunan square pitch Ukuran reaktor menjadi lebih kecil dan turbulensi lebih terjamin
Susunan orifice :
commit to user
Prarancangan Pabrik Sodium Bicarbonat dari Sodium Carbonat dan CO
2
K apasit as 100.000 t on t ahun
PENDAHU LU AN
172
172
I
Mencari laju alir gas masuk reaktor Qg
Qg = 0,159 m
3
s = 159084,152 cm
3
s Mencari d
bo
Dengan, do =
0,12 cm perry 5ed, : 0,024-0,95 cm =
0,0012 m d
bo
= 0,0014 m
0,1423 cm Mencari laju alir tiap orifice
Qgo = 0,1068 cm
3
s Mencari luas tiap orifice
Lo = 0,01130 cm
2
Mencari jumlah orifice
No = 1.489.496
commit to user
Prarancangan Pabrik Sodium Bicarbonat dari Sodium Carbonat dan CO
2
K apasit as 100.000 t on t ahun
PENDAHU LU AN
173
173
I
Mencari nilai pitch
k = 1, diambil = 3,5 c = 0,498 cm
Mencari jumlah luas orifice
L
to
= 16.873,260 cm
2
Mencari luas perforated plate Mencari presentase luas total orifice terhadap perforated plate
D
pc
= 0,241 diplotkan pada grafik, diperoleh nilai a
commit to user
Prarancangan Pabrik Sodium Bicarbonat dari Sodium Carbonat dan CO
2
K apasit as 100.000 t on t ahun
PENDAHU LU AN
174
174
I
a = 0,055
Lp = 306.131,991 cm
2
5. Menentukan Diameter dan Tinggi Cairan
Menentukan diameter reaktor
D
R
= 624,481 cm = 6,245 m
Trial tinggi reaktor L
RO
= Hcair + Hgas + Hcoil = 10 m
Tekanan gas rata-rata dalam reaktor
P
gr
= 3,007 atm Diameter gelembung gas rata-rata dalam reaktor
D
Br
= 0,00143 m
commit to user
Prarancangan Pabrik Sodium Bicarbonat dari Sodium Carbonat dan CO
2
K apasit as 100.000 t on t ahun
PENDAHU LU AN
175
175
I
Kecepatan terminal gelembung
V
t
= 0,112 ms Waktu tinggal gelembung dalam reaktor
Dengan asumsi kecepatan naik gelembung di dalam reaktor konstan pada kecepatan terminalnya.
g
= 89,572 s Volume tiap gelembung
V
go
= 1,543E-09 m
3
= 0,00154 cm
3
Jumlah gelembung tiap orifice per satuan waktu
N
go
= 69 buahs Jumlah gelembung total dalam reaktor
N
gt
= 9.235.306.028 buah
commit to user
Prarancangan Pabrik Sodium Bicarbonat dari Sodium Carbonat dan CO
2
K apasit as 100.000 t on t ahun
PENDAHU LU AN
176
176
I
Volume gas gelembung total di dalam reaktor
V
gt
= 14.249.525 cm
3
= 14,250 m
3
Menentukan volume cairan Dari neraca massa sodium carbonat di cairan dalam reaktor, di dapat :
Fc CA
in
– CA
out
= -rAV
gc
I- έ
k = 181,2584 m
3
kmol.j C
AO
= 3,1888 kmolm
3
C
BO
= 2,1583E-02 kmolm
3
Xa = 0,98 -rA = 2,4943E-01 kmolm
3
j Vcair = 301,2758 m
3
Jadi : Vgas+cair = 315,5254 m
3
Menentukan tinggi cairan D
= 6,245 m V
= 0,25 D
2
H H
= 10,307 m
B0 A
A0 A
B A
A
C .
x -
1 C
. k
r C
. C
k. r
commit to user
Prarancangan Pabrik Sodium Bicarbonat dari Sodium Carbonat dan CO
2
K apasit as 100.000 t on t ahun
PENDAHU LU AN
177
177
I
Menentukan hold up gas
εg = 0,045 Luas permukaan interface
A
g
= 188,970 m
2
m
3
6. Penurunan Tekanan Pressure Drop 1.
Dry Pressure Drop
Dry pressue drop merupakan pressure drop aliran gas akibat friksi di dalam hole orifice. Dimana hole dianggap sebagai tabung pendek dengan
tebal plate sama dengan tinggi tabung. Treybal, 1981, hal 171
dimana : h
D
= dry pressure drop Vo
= kecepatan linier gas lewat hole, ms = 0,094 ms
do = diameter hole
= 0,0012 m L
= tebal plate Tebal plate dari Treybal, tabel 6,2, hal 169: Untuk bahan Stainless Steel
dan do = 1,2 mm, maka Ldo = 0,65
2 n
o o
n o
L g
o
A A
1 d
. .
4 A
A 25
. 1
4 .
2.g V
f L
C h
o D
commit to user
Prarancangan Pabrik Sodium Bicarbonat dari Sodium Carbonat dan CO
2
K apasit as 100.000 t on t ahun
PENDAHU LU AN
178
178
I
L = 0,00078m = 0,78 mm
Co = koefisien orifice = 1,09doL0,25
= 1,2139426 Ao
= luas orifice, m
2
= 1,13. 10
-6
m
2
An = luas perforate plate, m
2
= 3,06. 10
1
m
2
ρL =densitas cairan
= 1389,2899 kgm
3
Qgo = 1,068 . 10
-7
m
3
s Reh
= Bilangan Reynold gas lewat hole
Vo = 0,094 ms
ρ
g
= 6,9308 kgm
3
μg = 1,970. 10
2
μpoise = 1,970. 10
-4
cp = 1,970.10
-7
kgm.s Reh
= 3990 f
= Faktor friksi Fanning = 0,079Re0,25, untuk aliran turbulen 2000Re100.000
f = 0,009940083
h
D
= 4,45. 10
-5
m
2. Hydraulic Head
Pressure drop akibat gaya hidrostatis cairan dalam reaktor. Treybal, 1981, hal 172
g o
g eh
μ .d
Vo. ρ
R
commit to user
Prarancangan Pabrik Sodium Bicarbonat dari Sodium Carbonat dan CO
2
K apasit as 100.000 t on t ahun
PENDAHU LU AN
179
179
I
h
L
= tinggi cairan = 10,3068 m
3. Residual Gas Pressure Drop
Pressure drop akibat pembentukan gelembung gas. Treybal, 1981, hal 172
σL = 0,53 Nm
g = 9,8 ms
h
R
= 0,195 m
Total Pressure Drop Pt
ht = h
D
+ h
L
+ h
R
= 10,502 m Pt = ht
L
g = 1,4484 atm
7. Dimensi Reaktor a. Tipe
Jenis reaktor = Tangki tertutup, silinder tegak
Alasan pemilihan = Process vessel, menjaga tekanan P1 atm dan suhu tetap
Head = Flanged dished head torisperical
Alasan pemilihan = Cocok untuk tekanan antara 15 - 200 Psig
b. Kondisi operasi