Pra Rencana Pabrik Benzaldehide Dari toluene Dengan Proses Oksidasi
BAB VI SPESIFIKASI ALAT UTAMA
R-210
VI. A. Keterangan Alat
Nama Alat : Reaktor R-210
Fungsi : Mengoksidasi Toluene
Type : Reaktor multitubular
VI. B. Dasar Pemilihan
Berdasarkan pertimbangan atas fase zat yang bereaksi, dan kapasitas produksi, maka reaktor dapat dibedakan jenisnya yaitu : reaktor berpengaduk
mixed flow dan reaktor pipa alir plug flow. Pada reaktor ini, atas pertimbangan fase bahan yang bereaksi, maka dipilih reaktor jenis reaktor pipa alir plug flow
untuk memudahkan dan mempercepat kontak reaksi.
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Benzaldehide Dari toluene Dengan Proses Oksidasi Reaktor pipa alir untuk fase gas ini dapat dibedakan menjadi :
1. BurnerFurnace
2. Tubular Reactor
3. Fixed Bed Reactor
Berdasarkan fase bahan yang bereaksi, maka pemilihan reaktor didasarkan pada kapasitas bahan masuk, sehingga dipilih reaktor jenis tubular reaktor. Reaktor
jenis tubular dengan jumlah tube yang banyak dinamakan multi-tubular reaktor. Reaktor ini berupa silinder tegak dengan tutup atas dan tutup bawah
berbentuk dished head untuk menahan tekanan berlebih dan memudahkan pengeluaran produk.
VI.C Kondisi Operasi
Tekanan operasi : 1 atm
Suhu operasi : 500
o
C Keyes, 1969
Katalis : UO
2
dan MoO
2
Waktu tinggal : 10 detik
US Patent no.4,172,052 : 5
VI.D Dasar Perencanaan Penentuan volume reaktor :
Untuk reaksi oksidasi toluene menjadi benzaldehide : Waktu tinggal
: 10 detik
US Patent no.4,172,052 : 5
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Benzaldehide Dari toluene Dengan Proses Oksidasi
Neraca Massa : Komponen Masuk kgjam
Komponen keluar kgjam Toluene dari penampung
Campuran gas ke kondensor C
6
H
5
CH
3
C
6
H
5
CHO C
6
H
6
C
6
H
5
COOH O
2
C
6
H
5
CH
3
N
2
O
2
H
2
O H
2
O C
6
H
6
N
2
4957.6099 24.9126
2756.3211 3140.4624
14648.6164 55106.6999
48.6588 12729.4167
2326.4736 24.9126
55106.6999 1395.1063
76132.9451 76132.9451
76132.9451 Feed masuk :
1. Uap toluene 2. Gas oksigen
Feed masuk : 1. Toluene teknis
Komponen Berat kg
Fraksi berat BM
4957.6099 C
6
H
6
24.9126 4982.5225
C
6
H
5
CH
3
0.9950 0.0050
1.0000 92
78
BM campuran = ∑Bmi x Xi
= 0,9950 x 92 + 0,0050 x 78
= 91.9
kgkmol
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Benzaldehide Dari toluene Dengan Proses Oksidasi
ρ
gas
pada P = 1,5 atm T = 500
o
C = 1100 R ; suhu udara STP = 492 R ρ
= x
1.5 x =
lbcuft 1
Rate massa = kgjam
= lbjam
Rate volumetrik = lbjam
= cuftjam
lbcuft 63617.3633
10929.5468 0.1718
10929.5468 0.1718
492 1100
91.93 359
4957.6099
2. Oksigen
O
2
N
2
14648.6164 55106.6999
28
BM Komponen
1.0000 32
0.7900 71150.4226
0.2100
Fraksi berat Berat kg
H
2
O 1395.1063
0.0000 18
BM campuran = ∑Bmi x Xi
= 0,2100 x 32 + 0,7900 x 28
= kgkmol
ρ
gas
pada P = 1,5 atm T = 500
o
C = 1100 R ; suhu udara STP = 492 R ρ
= x
1.5 x =
lbcuft 1
492 0.0539
28.84
1100 28.84
359 Rate massa =
kgjam =
lbjam
Rate volumetrik = lbjam
= cuftjam
lbcuft 599186.3695
14648.6164 32294.3397
32294.3397 0.0539
Total rate volumetrik = +
= cuftjam
599186.3695 662803.7328
63617.3633
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Benzaldehide Dari toluene Dengan Proses Oksidasi
Waktu tinggal = 10 detik
= =
jam
Volume bahan = x
= cuft
662803.7328 0.0028
1841.1215 3600
10 0.0028
Asumsi volume bahan mengisi 70 volume reaktor, maka volume reaktor : Volume reaktor =
1841.1215 =
2630 cuf
70
VI. E.1 Perancangan Shell, Head VI.E.1.a Dimensi Reaktor
Menentukan ukuran tangki : Volume reaktor =
2630 cuft
Asumsi dimention ratio = HD =
2
Volume =
14 x π x D
2
x H =
14 x π x D
2
x 2D =
D
3
D
3
= D
= 12 ft
= 143 in
= m
2630 2630
1.57 1675.2698
3.7115
D maksimum = 4 m, Urich ; T.4-18 H
= 2
x 12 =
24 ft
Menentukan tebal minimum shell :
Tebal shell berdasarkan ASME Code untuk cylindrical tank :
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Benzaldehide Dari toluene Dengan Proses Oksidasi Brownell, pers 13-1, hal 254
Dengan :
t
min
= tebal shell minimum ; in
P =
tekanan tangki ; psi ri
= jari- jari tangki ; in 12 D
C =
faktor korosi ; in digunakan 18 in E
= faktor pengelasan, digunakan double welded, E = 0,8
f =
stress allowable, bahan konstruksi Carbon Steel SA-283 gradde C, maka f = 12650 psi Brownell, T.13-1
P operasi = 1 atm = 14,7 psia P design diambil 10 lebih besar dari P operasi untuk faktor keamanan.
P = 1.1 x
= psia
R = 12 x D =
12 x 143 = 71 in
t
min
= x
71 +
12650 x 0,8 -
0,6 x 16,17 =
in, digunakan t = 14 in 16.17
0.125
0.2390 14.7
16.17
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Benzaldehide Dari toluene Dengan Proses Oksidasi
Tutup atas dan tutup bawah, dished :
Untuk D = 143 i n dengan t
s
= 14 in, dari Brownell tabel 5.7 didapat : icr = 7 14 in
dan rc = 120
dengan : t
h
= tebal dished minimum ; in
P =
tekanan tangki ; psi rc
= knuckle radius ; in
BY, T-5,7 E
= faktor pengelasan, digunakan double welded, E = 0,8
f =
stress allowable, bahan konstruksi Carbon Steal SA-283 grade C, maka f = 12650 psi
Brownell, T.13-1
t
h
= x
x 143
12650 x 0,8 -
0,1 x 16,17 =
in, digunakan t = 316 in 0.2022452
0.885 16.17
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Benzaldehide Dari toluene Dengan Proses Oksidasi
Dimana : ID
= ID shell
= 143 in
a =
ID =
143 =
72 in 2
2 Untuk D = 143 i n dengan t
s
= 14 in, dari Brownell tabel 5.7 didapat : Rc r = radius of dish
= 120 in
icr rc = inside crown radius =
7 14 in = in
7.25
AB = ID -
icr =
72 -
= in
2 BC =
r -
icr =
120 -
= in
7.25 64.25
7.25 112.7500
AC = √BC
2
-AB
2
= √114.8750
2
-54,875
2
= in
b =
r -
√BC
2
-AB
2
92.8062
OA icr
b sf
ID a
r
C t
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Benzaldehide Dari toluene Dengan Proses Oksidasi
VI.E.1.b Penentuan jumlah tube :
asumsi : volume yang dibutuhkan untuk reaksi = volume reaktor Digunakan : pipa 1 in sch 80 extra heavy IPS
Kern, tabel 11 Surfaceft lin =
ft
2
Inside diameter = in
= ft
A
tube
= π . Di . L
= π
x x
1 =
ft
2
ft panjang Tinggi shell :
rc dished =
120 in =
10 ft h dished
= ft
0.25 0.957
0.07975 0.07975
0.25042
2.2058
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Benzaldehide Dari toluene Dengan Proses Oksidasi volume dished
= 1,05 h
2
. 3 rc - h Hesse ; pers. 4-15
= x
x 3. 10 - 1.3398
= ft
Volume reaktor =
cuft 1.05
1.3398
2
134.33 2630.174
Volume shell =
Volume reaktor - 2 x volume dished
= -
2 x 54.0192 =
cuft Tinggi shell
= =
= ft
Tinggi shell = panjang shell = 20.8909f t A
tube
= ft
2
ft linier Volume tiap tube
= A
tube
x L tube
= x
= cuft
Volume shell =
cuft Jumlah tube, N t
= =
= buah
20.891 2630.174
2361.51
π4 x D
2
Volume shell
20.891
5.23141 2361.51
0.250415 π4 x 10
2
2361.51
5.23141 2361.51
volume tiap tube Volume shell
0.25042
451 Untuk jumlah tube 313 buah, dari Kern tabel 9, dipilih :
Ukuran pipa = 0.75 in
Pitch = tringular pitch
Jarak pitch = 1 in
1 ¼ in
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Benzaldehide Dari toluene Dengan Proses Oksidasi
Kebutuhan katalis :
Direncanakan volume katalis mengisi volume tube : Jumlah tube =
451 buah
Diameter tube = ft
Panjang tube = ft
Maka volume katalis tiap tube = π4 x D
tube 2
x L
tube
= x
0,07975
2
x =
cuft Volume katalis pada 415 tube = 415 x 0,1094
= cuft
Kompos isi katalis : www.chemicalland21.c om
ρ campura = grcc =
lbcuft Volume katalis =
cuft Komponen
Berat 0.07975
20.89096
152.33 49.3843
0.785 20.891
0.1043
49.3843
Uraniu Oxide 93.00
Molibde num Oxide 7.00
100
17.54
Berat total katalis = cuft x
lbcuft =
lb =
kg 49.3843
152.33 7522.7144
3412.2809
Pressure drop pada tube :
Kern ; pers 3.43
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Benzaldehide Dari toluene Dengan Proses Oksidasi Kern ; pers 3.47a
Berat campuran gas, W = 4982.5225
+ 69755.3163
= 76132.9451
kgjam
= lbjam
at
tube
= ft
2
G =
Wat =
= lbjam.ft
2
Diameter tube, D =
in =
ft ρ campuran gas =
∑xi . Ρi =
lbcuft μ bahan =
cP berdasarkan sg
= x
= lbjam.ft
g =
x 10
10
ftdt
2
L =
panjang tube = ft
0.25 167842.6908
2.42 1.7569
0.25 167842.6908
5.22 20.891
0.957 0.07975
0.187 671370.7631
0.726
0.726
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
Pra Rencana Pabrik Ethylne Dichloride
BAB VII INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA
Kategori