F. 47 α = Volatilitas relatif
D = Distilat
B = Bottom
K
i
= Faktor K komponen i x
i
= Fraksi mol cairan y
i
= Fraksi mol uap Dari Trial didapat :
T = 516.18 K = 243,18
o
C
Komponen kgjam KgmolJam
Xi Po
K, PoP Y,
KXi α
EG 1211.64 19.52054132 0.2794 2718.1282
3.5765 0.9994 2718.1282 BHET
263.13 14.6021 0.2090
1.0000 0.0013 0.0003
1.0000 PET
3787.88 35.7347 0.5115
1.0000 0.00132 0.0007 1.0000
5262.65 69.85736707 1.0000 1.0003
2. Penentuan suhu atas
Ditentukan dengan trial T dew sehingga x
iD
=1 Dari Trial didapat :
P = 0.001 atm dan T = 321.67 K = 48.67
o
C Komponen kgjam KgmolJam Yi
Po K, PoP X, YiK
α EG
1211.6 19.520541 1.0000
0.7600 1.0000
1.0000 0.7600
BHET 0 0.0000
1.0000 1.3158
0.0000 1.0000
PET 0 0.0000
1.0000 1.3158
0.0000 1.0000
1211.6 19.520541 1.0000
1.0000
3. Penentuan suhu bawah
Ditentukan dengan trial T bubble sehingga y
iB
=1
F. 48 Dari Trial didapat :
P = 0.001 atm dan T = 321.39 K = 48.39
o
C
Komponen kgjam KgmolJam Xi Po
K, PoP Y,
XiK α
EG 1211.6
19.520541 0.9437 0.7457
0.9812 0.9259
0.7457 BHET
263.13 1.0359449 0.0501
1.0000 1.3158
0.0659 1.0000
PET 3487.9
0.1294588 0.0063 1.0000
1.3158 0.0082
1.0000 4962.7
20.685945 1
1.0000
4. Pemilihan Key Component
Pemilihan Key Component Light key component
= Ethylene Glicol
Heavy key component = PET
Cek distributted dan non-distributted component Persamaan Shiras et. al
F z
D x
F z
D x
F z
D x
hkF hkD
lk j
lk lk
lk lk
j JF
JD
. .
1 .
. 1
1 .
.
jika :
01 ,
. .
F z
D x
JF JD
atau
01 ,
1 .
.
F z
D x
JF JD
maka komponen j tidak terdistribusi
-
99 ,
. .
01 ,
F z
D x
JF JD
maka komponen j terdistribusi jika :
F. 49
F z
D x
lk lk
lk j
. .
1 1
= R kiri ;
F z
D x
hkF hkD
lk j
lk
. .
1
= R kanan
F z
D x
JF JD
. .
= R Dengan :
α atas =
HK ATAS
Ki Ki
α bawah =
HK BAWAH
Ki Ki
α rata-rata =
bawah .
α atas
α
didapat :
Komponen alfa-
distilat alfa-
bottom Alfa-
average R
Keterangan
Ethylene Glicol 0.76
0.7457 0.753
1 Tdk Terdistribusi LK
BHET 1
1 1
Terdistribusi HK PET
1 1
1 Terdistrubusi HK
Penentuan Reflux Minimum
Penentuan reflux minimum ditentukan dengan persamaan Underwood
q
x
i F
i i
1
umpan pada cair jenuh q = 1 sehingga :
i F
i i
x
Dari persamaan Underwood
F. 50
1
Rm x
i D
i i
-3,37 = Rm + 1
Rm =-4,37
Karena disini terlihat nilai refluks minus, maka pada distilasi tidak dilakukan refluks.
5. Penentuan stage minimum
N
m
= -0.7 plate Jumlah plat minimum = 0 plate
Keterangan: Nm
= jumlah plate minimum X
lk
, X
hk d
= fraksi mol komponen light key dan heavy key distilat X
lk
, X
hk w
= fraksi mol komponen light key dan heavy key bottom α
lk.avg
= relatif volatilitas rata-rata light key
Dari perhitungan diatas terlihat tidak dibutuhkan plate pada menara distilasi.
Penentuan plate Aktual
perrys,prs 13.31
L D
R
av LK
W LK
w HK
D HK
D LK
m
W x
W x
D x
D x
N
, ,
, ,
,
log .
. .
. log
5 .
min
1 2
. 117
11 4
. 54
1 1
1
Exp N
N N
F. 51
L D
R
53 ,
4052 64
, 1211
R
R = 0,3
1 min
R R
R
1 3
, 37
, 4
3 ,
6 ,
3
Dari kondisi ini maka dipilih jumlah plate teoritis N = 0
Menentukan volume reactor distilasi
dt dX
Nao V
rA
…………………………….17 Persamaan 17 dan 2 menjadi
5 .
min
6 ,
3 1
6 ,
3 6
, 3
2 .
117 11
6 ,
3 4
. 54
1 1
1 Exp
N N
N
865 ,
1 1
1 37
, 4
N
N
1 865
, 37
, 4
N N
37 ,
4 865
, 865
, 1
N
8 ,
2
N
F. 52
K
T T
P P
X X
X X
Vo NAo
k dX
dt N
V
o o
Ao
1 140
139 1
1 1
1
2 2
2 2
K
P P
X X
Vo N
k dX
dt N
V
o Ao
Ao
1 140
139 1
1
2 2
2 2
K
P P
X X
dX dt
N V
Vo N
k
o Ao
Ao
1 140
139 1
1
2 2
2 2
K
P P
X X
dX dt
V V
N k
o o
Ao
1 140
139 1
1
2 2
2 2
dt V
V N
k K
P P
X X
o Ao
o 2
2 2
2
1 1
140 139
1 dX
Penyelesaian simson rule. Y =Δx3 ΣfX
ΣfX = yo + 4 x y
1
+ 2 x Y
2
+ 4 x y
3
+ y
4
penyelesaian dengan persamaan simson rule ΔX
0.2375 x
Y 1Y
fX 1
0.2375 0.943593538 1.059778 4.239113 0.475 0.774374153 1.291365 2.582731
0.7125 0.492341844 2.031109 8.124436 Diselesaikan dengan simson rule
F. 53 0.95 0.097496611 10.25677 10.25677
ΣfX 25.20305
Hasil simson rule 1.995241
1,995 =
t V
V N
k
o Ao
2
1
t N
k V
V
Ao o
1 995
, 1
2
jam jam
kmol L
m kmol
L m
V min
60 117
, 42
, 2
10 min
44 ,
10 77
, 2
995 ,
1
3 3
2 3
3
31 ,
86 m
V
Tinggi Reaktor Tinggi reactor h =
A V
Tinggi reactor h =
4
2
D V
Tinggi reactor h =
4 7
, 1
14 ,
3 31
, 86
2 3
m m
Tinggi reaktor h = 38 m Tinggi Kolom distilasi
= Tinggi Reaktor h – Tinggi reaktor fixed bed z
= 38 – 3,11 = 34,89 m
Menghitung Tebal dan Diameter Tutup Reaktor
Digunakan Torispherical Dished Tekanan operasi 200 psi
F. 54 Tebal top dihitung dengan persamaan :
C 0,2P
2fE P.r.W
t
h
Pers. 7.77 Brownell Young, 1959
125 ,
018 ,
0.2 0.75
33730 2
2,3422 8
1 0,018
t
h
t
h
= 0,125 in dipilih tebal standar = 316 in
Keterangan : t
h
= Tebal vessel, inchi p = Tekanan desain reaktor, psi
E = Efisiensi pengelasan, 0,75 d = Diameter dalam shell, inchi
f = Tensile strength, psi C = Corrosion allowanced, 0,125 in
V = Stress-intensification factor Dari Tabel 5.7 B Y untuk OD = 30 in dan t
h
= 316 in : icr : inside radius corner = 1 78 in
r : radius dish = 30 in
Dari Tabel 5.8 B Y untuk t
h
= 316 in sf : straight flange
= 2 in = 0,0508 m, sehingga
Diameter top = OD +
24 OD
+ 2 sf + 23 irc Persamaan 5.12 B Y, 1959 = 35,5 in = 0,9017 m
Spesifikasi top :
F. 55
t a
ID r
s f
O A
icr B
b=depth of dish A
OD
C
Gambar.F.6. Spesifikasi tutup
Keterangan : t
h
= Tebal tutup in icr
= Inside corner radius in
r = Radius of dish
in sf
= Straight flange in
OD = Diameter luar in
ID = Diameter dalam in
b = Depth of dish in
OA = Tinggi tutup in
Menghitung Spesfikasi top : Depth of dish
b
F. 56
2 2
2 icr
ID icr
rc rc
b
Brownell and Young, 1959.hal.87 = 4,8678 in
Tinggi tutup OA OA
= t
h
+ b + sf = 316 + 4,8678 + 2 in
= 7,0553 in = 0,1792 m = 0,5879 ft
C. Merancang Koil Pemanas
Reaktor beroperasi secara isotermal. Karena reaksi endotermis, panas yang dibutuhkan reaksi harus ditransfer diserap ke reaktor untuk mencegah
penurunan temperatur. Koil pemanas digunakan untuk menjaga temperatur reaktor pada 275
o
C. Pertimbangan penggunaan koil :
Koil bisa langsung bersinggungan dengan fluida, sehingga trasfer panas bisa efektif
Luas transfer panas koil bisa diatur Panas tercampur lebih homogen didalam fluida
Paling murah Kern, 1950, pp. 720 Digunakan Steam sebagai pemanas pada reaktor :
Kebutuhan Pemanas : Massa steam
= 14.895 kgjam = 32.838 lbjam
F. 57 Sifat steam pada suhu rata-rata = 325
o
C ρ =
11,11 lbft
3
μ = 0,002 cP
= 0,005 lbft.jam Cp =
2.412,2 Btulb
o
F k =
1,1 Btujam.ft.
o
F
Trial pemilihan pipa standar Tabel. 13, Timmerhaus, 1991 : Dipilih tube :
NPS = 1 in
OD = 1,32 in
= 0,11 ft ID
= 1,049 in = 0,087417 ft
a
t ”
= 0,344 ft
2
ft a’
= 0,864 in
2
tube = 0,006 ft
2
tube
Hot Fluid
o
F Cold fluid
Temp. diff
o
F
662 Higher Temp
527 135
Δt
2
572 Lower Temp
527 45
Δt
1
90 Temp diff
90
Δt
2 –
t
1
Sehingga :
1 2
1 2
LMTD
t t
Ln t
t Δ
ΔT
= 81,92
o
F
- Fluks Massa Pemanas Total G
tot
G
tot
=
t
a w
F. 58
=
ft 0,006
jam lb
838 .
32
2
= 5.473.000 lb
m
ft
2
.jam - Fluks Massa Tiap Set Koil
G
i
=
c c
v
Kecepatan medium pemanas di dalam pipa umumnya berkisar 1,5-2,5
ms. Dipilih
: V
c
= 2,5 ms = 8,20 fts. G
i
=
c c
v
G
i
= 11,11 x 8,2021 = 91,1253 lbs.ft
2
= 328.051,08 lbjam.ft
2
- Jumlah Set Koil N
c
i tot
c c
G G
N
,
koil set
koil set
N
c
17 68
, 16
328.051,08 5.473.000
- Koreksi Fluks Massa Tiap Set Koil G
i,kor
c tot
c kor
i
N G
G
, ,
2 ,
. 1764
, 941
. 321
17 5.473.000
ft jam
lb G
kor i
- Cek Kecepatan Medium Pemanas V
c,cek
c i
cek c
G V
,
F. 59
s m
jam ft
V
cek c
5 ,
2 55
, 527
. 29
11,11 328.051,08
,
masuk dalam r angememenuhi standar 1,5 − 2,5 ms
- Beban Panas Tiap Set Koil Q
ci
Asumsi : beban panas terbagi merata pada tiap set koil Q
c
= 1814504,5680 kjjam = 1719818,4944 Btujam
c c
ci
N Q
Q
jam Btu
Q
ci
114 .
273 17
4.642.937
- Luas Perpindahan Panas Tiap Set Koil
LMTD D
ci ci
T U
Q A
2
45 ,
44 92
, 1
8 75
273.114 ft
A
ci
- Jarak Antar Pusat Koil J
sp
J
sp
= 2 x OD
koil
J
sp
= 2 x 0,11 = 0,22 ft
- Panjang Satu Putaran Heliks Koil L
he
L
he
= ½ putaran miring + ½ putaran datar
F. 60
he he
he
d r
L .
. 2
1 .
. 2
1
Diameter spiral atau heliks koil = 0,7-0,8 Dv Rase, 1977 D
spiral
d
he
= 0,8 5,9357 ft = 2,0337 m
= 6,6724 ft
he sp
he he
d J
d L
. 2
1 2
1
2 1
2 2
ft x
L
he
9570 ,
20 6724
, 6
2 1
22 ,
6724 ,
6 2
1
2 1
2 2
- Panjang Koil Tiap Set L
ci
t ci
ci
a A
L
ft L
ci
0977 ,
27 1
344 ,
43,7216
- Jumlah Putaran Tiap Set Koil
he ci
pc
L L
N
putaran putaran
ft ft
N
pc
6 0647
, 6
9570 ,
20 127,0977
- Koreksi Panjang Koil Tiap Set L
ci,kor
= N
pc
x L
he
L
ci,kor
= 6 x 20,9570
F. 61 = 125,7422 ft
- Tinggi Koil H
c
H
c
= Jsp x OD x Nc H
c
= 0,22 x 0,11 ft x 17 = 0.327 ft
= 0,09965 m - Volume Koil V
c
V
c
= N
c
4
OD
2
L
ci
V
c
= 17
3 3
2
0,57 3
, 20
7422 ,
125 0,11
4 m
ft
Cek tinggi cairan setelah ditambah koil H
L
Tinggi koil harus lebih kecil dari pada tinggi cairan setelah ditambah koil agar seluruh koil tercelup dalam cairan
H
L
=
2
4
vessel koil
cair
D V
V
=
69 ,
1 4
14 ,
3 0,57
41 ,
2
= 0,45 m H
L
= 0,45 m Hc = 0,09965 m, berarti semua koil tercelup semua di dalam cairan
- Koefisien transfer panas fluida sisi dalam tube:
h
i
=
13 p
H
k μ
C ID
k J
Pers. 6.15, Kern
F. 62
N
Re
=
μ .G
ID
t
= 0,63151
167 486797,3
0,087417 = 67385,0945
J
H
= 170 h
i
=
13
0,35432413 ,631
0,00110 0,087
0,35432413 170
= 86,6538 Btu jam.ft
2 o
F Maka h
io
koil = h
io
pipa 1 + 3,5
spiral D
koil D
= 86,6538 1 + 3,5
5,2990 0,087417
= 91,6571 Btuhr ft
o
F koefisien transfer fluida sisi luar koil :
ΔT = 302 – -28,3 = 330,3 °F t
f
= 302 + -28,32 = 136,85 °F
OD T
= 330,31,32 = 250,2273
h
o
= 116
25 ,
2 3
OD
T x
C x
x kf
f f
pers 10.14 Kern 1950
Dari Fig 10.4 Kern diperoleh
x C
x x
k
2 3
= 0,014 Maka h
o
= 116 0,014 x 250,2273
0,25
= 158,6988 Btuhr ft
o
F
Menghitung clean overall coefficients Uc
F. 63
Uc =
io o
io o
h h
h x
h
=
6571 ,
1 9
158,6988 6571
, 1
9 6988
, 58
1
x
= 58,1008 Btujam ft
2 o
F Diambil Rd = 0,001 Tabel 12 Kern, 1950
U
D
=
Rd U
c
1 1
=
001 ,
58,1008 1
1
= 54,9105
Batasan U
D
untuk light – light organik adalah 40-75 maka nilai U
D
yang didapat dari hasil hitungan adalah 54,9105 memenuhi batas.
- Cek Dirt Factor Dari tabel 12 Kern, 1965, R
d
ketentuan untuk Steam = 0,002 Syarat : R
d
R
d
ketentuan
D c
D c
d
xU U
U U
R
002 ,
0,0011 9105
, 4
5 1008
, 8
5 9105
, 4
5 1008
, 8
5 memenuhi
x R
d
- Cek Pressure Drop Syarat : 2 psi
F. 64
c i
ei
G ID
R
R
ei
=
0808 ,
3693 3
0,6315 6583
, 43398
2 0,087417
x
Faktor friksi :
42 ,
264 ,
0035 ,
ei
R f
5 42
,
10 8116
, 6
0808 ,
3693 3
264 ,
0035 ,
f
- Pressure Drop
ID g
L G
f P
c i
i
. .
2 .
. .
4
2 2
psi x
P 6705
, 0,087417
12,94 10
18 ,
4 2
1672 ,
33 1
6583 ,
43398 2
10 .
8116 ,
6 4
2 8
2 5
kesimpulan Alat
Reaktor destilasi Kode
R-302 Fungsi
Tempat mereaksikan bi-hydroxyethyl terephtalate BHET sebanyak 5.262,65 kg dengan sesamanya
membentuk polimer Polyethilene Terephthalate PET
dengan bantuan Katalis Sb
2
O
3
Antimony Trioxide, sekaligus memisahkan produk PET dengan
Ethylenen glicol EG Bentuk
Silinder tegak vertikal dengan dasar dan atap head berbentuk torispherical
F. 65 Bahan
Stainless steel Grade SA-240 tipe 304 Suhu
275 °C Tekanan operasi
0,1 atm Dimensi kolom
Diameter : 1,69 m Tinggi reactor fixed bed : 2,205 m
Tingggi kolom distilasi : 35,8 m Tebal dinding : 0,125 in
Jumlah 1
LAMPIRAN F
PERANCANGAN REAKTOR KATALITIK DISTILATION R-302
TUGAS KHUSUS
F. 1 LAMPIRAN F
PERANCANGAN REAKTOR KATALITIK DISTILATION R – 302
TUGAS KHUSUS
Kode : R 302
Fungsi : Tempat mereaksikan bi-hydroxyethyl terephtalate
BHET sebanyak 5.262,65 kg membentuk Polyethilene Terephthalate PET
dengan bantuan Katalis Sb
2
O
3
Antimony Trioxide, sekaligus memisahkan produk PET dengan Ethylenen glicol EG
Bentuk : Reaktor Fixed Bed yang digabung dengan kolom distilasi Fasa
: Cair- Gas Tekanan
: Vacuum 0,1 atm Suhu
: 275 °C Katalis
: Sb
2
O
3
Tujuan :
1. Menentukan bentuk reactor 2. Menentukan bahan konstruksi reaktor
3. Menghitung dimensi reaktor
Gambar F.1. Gambar Sederhana reaktor Destilasi
F. 2
Gambar, F.2, Potongan Reaktor Distilasi [1 Vessel, 2Distilation Tray, 3 Katalis,4, Screen, 5 Buble Cup, 6 Reaction Tray
1. Menentukan bentuk reactor
Dari patent diketahui reaksi yang terjadi yaitu reaksi polykondensasi BHET menjadi PET yang menggunakan katalis Sb
2
O
3
yang berbentuk butiran-butiran sedangkan reaktan masuk reaktor pada fasa cair. Dari
kondisi ini maka reaktor yang dapat digunakan yaitu reaktor fixed bed. Akan tetapi disini juga terjadi proses pemisahan produk samping dengan
proses distilasi. Dengan ketentuan ini maka reaktor yang digunakan adalah reaktor distilasi yaitu penggabungan reaktor fixe bed dengan
menara distilasi. Kondisi operasi reaktor ini adalah suhu 275 °C dan tekanan 0,1atm.
2. Menentukan bahan kontruksi reactor
