PERENCANAAN ALAT UTAM A VI - 2
Pra Rencana Pabrik Asam Salisilat dari Phenol dengan Proses Karboksilasi
VI.2 Prinsip Kerja
Berdasarkan atas fase zat yang bereaksi, maka reaktor dapat dibedakan jenisnya yaitu : reaktor berpengaduk mixed flow dan reaktor pipa plug flow.
Pada reaktor ini natrium phenate berbentuk liquid dan karbon diioksida berbentuk gas maka dipilih jenis reaktor berpengaduk mixed flow untuk memudahkan dan
mempercepat kontak reaksi. Reaktor berpengaduk mixed flow ini berbentuk silinder tegak dengan
tutup atas dan bawah berbentuk dishead yang dilengkapi dengan pengaduk, jaket pendingin, dan sparger. Larutan natrium phenate diumpankan dari atas sedangkan
gas karbon dioksida diumpankan dari bawah melalui sparger dan kemudian terjadi reaksi antara natrium phenate dengan karbon dioksida membentuk natrium
salisilat.
VI.3 Kondisi operasi
Tekanan operasi : 6 atm
Keyes : 646 Suhu operasi
: 160
o
C Keyes : 646
Waktu tinggal : 0,5 jam
US patent 4.376.867
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
PERENCANAAN ALAT UTAM A VI - 3
Pra Rencana Pabrik Asam Salisilat dari Phenol dengan Proses Karboksilasi
VI.4 Perencanaan Reaktor
VI.4.1 Penentuan volume tangki
massa larutan natrium phenate masuk reaktor C
6
H
5
ONa NaOH
H
2
O
rate massa =
kgjam = lbjam
ρ campuran =
Foust 671 Σ Fraksi berat
ρ komponen ρ campuran
=
= lbcuft
massa gas CO
2
masuk reaktor CO
2
H
2
O
rate massa =
kgjam = lbjam
ρ
gas
pada P = 6 atm T = 160
o
C = 779,67 R ; suhu udara STP = 492 R 5207,3631
11480,1526 komponen
rate kgjam 3105,5670
118,9872 1982,8088
xf 0,5964
0,0228 0,3808
total 1297,0681
1,0000 total
+ +
0,3808 62,4280
1
komponen rate kgjam
BM
1
0,5964 0,0228
56,0600 131,0980
59,1300 =
= 11480,1526
= 194,1511
cuftjam 59,1300
1295,7711 0,9990
44 1,0000
5207,3631 ρ
lbcuft
56,06 131,098
62,428
xf
1297,0681 2859,5164
rate volumetrik larutan rate massa
1,2971 0,0010
18 ρ
campuran
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
PERENCANAAN ALAT UTAM A VI - 4
Pra Rencana Pabrik Asam Salisilat dari Phenol dengan Proses Karboksilasi
Himmelblau : 249 T
BM campuran =
x +
x =
= lbcuft
total rate volumetrik = rate volumetrik larutan
+ rate volumetrik gas =
+ =
waktu tinggal dalam reaktor = jam
volume bahan dalam reaktor = rate volumetrik total x
waktu tinggal =
x =
cuft bahan mengisi 80 dari volume reaktor, maka volume reaktor :
x BM
359
0,999 44
0,001 18
ρ
gas
= 492
x P
1 atm
43,974 ρ
gas
= 492
x 6
x 43,974
1 atm 359
779,67
= 1638,5117
80 =
2048,1397 cuft
= 3082,8724
cuftjam rate volumetrik gas
0,9275 2859,5164
0,9275 =
rate gas ρ
gas
=
194,1511 3082,8724
3277,0235 cuftjam
0,5
3277,0235 0,5
1638,5117
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
PERENCANAAN ALAT UTAM A VI - 5
Pra Rencana Pabrik Asam Salisilat dari Phenol dengan Proses Karboksilasi
VI.4.2 Penentuan dimensi reaktor
1. Menentukan diameter reaktor
2. Menentukan tinggi liquid pada shell h liq
Diambil H D = volume silinder V
s
V
s
= π4 x Ds
2
x Hs V
s
= π4 x 1,5 x Ds
3
= Ds
3
V
tutup atas
= V
tutup bawah
= V
t
= V
s
+ V
tutup atas
+ V
tutup bawah
= Ds
3
+ +
Ds
3
= Ds
= ft
= m
H =
ft =
m H
D 18,0345
5,5 Cek
= 18,0345
= 1,5
memenuhi 12,0230
1,5
Ds
3
12,0230 0,000049
1739,2520 Ds
3
0,000049 0,000049 Ds
3
0,000049 Ds
3
1,1775
2048,1397 3,7
1,1775
Volume liquid pada shell =
π
2 3
4 x
2
x =
-
3
0,000049 Volume Total liquid - Volume Tutup Bawah
12,0230 Di
x h liq
= 97,0755
- 0,000049
Di
0,785 12,0230
h liq 97,0755
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
PERENCANAAN ALAT UTAM A VI - 6
Pra Rencana Pabrik Asam Salisilat dari Phenol dengan Proses Karboksilasi
3. Menentukan tekanan design
= ft
h liq 0,8547
ρ x ggc x h liquid
x x
= psi
P operasi bawah = P operasi
+ P hidrostatis =
+ =
psi Untuk keamanan diambil P design =
x =
psi Bahan yang digunakan = Carbon Steel SA - 283 Grade C
f =
psi Sambungan Double Welded Butt Joint e =
Faktor korosi c =
P 1,1
88,5510 97,4061
0,3510
88,2 0,3510
88,5510 P hidrostasik =
144 =
59,1300 1
0,8547 144
12650 B Y, tabel 13.1, hal 251
0,8 0,125
ts = P . Ri
+ c
B Y, ASME Code, pers 13-1 f . e -
0,6
Keterangan : t
s
= tebal shell, in
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
PERENCANAAN ALAT UTAM A VI - 7
Pra Rencana Pabrik Asam Salisilat dari Phenol dengan Proses Karboksilasi
4. Tebal tutup atas dan bawah
P = tekanan design, psi
f = maks allowable stress =
psi Ri = jari-jari dalam, in
e = joint effisiensi =
maka : x
x x
- x
= in
dari tabel 5.7, B Y dipilih tebal shell in
12650 B Y, tabel 13.1, hal 251
0,8
ts = 97,4061
6,0115 12
+ 0,125 12650
0,8 0,6
97,4061 0,8234
78
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
PERENCANAAN ALAT UTAM A VI - 8
Pra Rencana Pabrik Asam Salisilat dari Phenol dengan Proses Karboksilasi b
icr sf
ID t
a r
c
5. Menentukan tinggi tutup
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
PERENCANAAN ALAT UTAM A VI - 9
Pra Rencana Pabrik Asam Salisilat dari Phenol dengan Proses Karboksilasi
VI.5 Sistem Pengaduk
VI.5.1 Perhitungan power pengaduk Dipilih pengaduk type flat blade turbine dengan jumlah blade 6
Tinggi bahan total, H
L
= ft =
in Diameter dalam tangki, D
t
= ft =
in 10,2569
12,0230 144,2760
0,8547
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
PERENCANAAN ALAT UTAM A VI - 10
Pra Rencana Pabrik Asam Salisilat dari Phenol dengan Proses Karboksilasi
Ukuran pengaduk diambil dari Mc. Cabe ed 4th, hal 235 : 1
3 1
4 1
5
Keterangan : = Diameter pengaduk
= Diameter tangki = Panjang blade
= Lebar blade = Jarak pengaduk dari dasar tangki
= Lebar baffle D
t
D
a
12 1
J =
D
t
D
a
L =
D
t
L D
a
D
a
W =
D
a
E = 1
W E
J =
Diameter impeler Da = 13 diameter shell =
x =
ft Lebar blade w = 15 diameter impeller
= x
= ft
0,3333 4,0077
0,2 4,0077
12,0230
0,8015
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
PERENCANAAN ALAT UTAM A VI - 11
Pra Rencana Pabrik Asam Salisilat dari Phenol dengan Proses Karboksilasi
Panjang blade L = 14 diameter impeler =
x =
ft Jarak impeler dari dasar E = 13 diameter shel =
x =
ft Lebar baffle J = 112 diameter shell
= x
= ft
sg bahan =
ρ reference =
μ berdasarkan sg bahan : μ bahan
= sg reference
= lbft.dt
Dari Joshi hal 389 didapat, kecepatan putaran pengadukan jenis turbin antara 200-250 mmin
Ditetapkan kecepatan pengaduk, N = rpm
= rps
Putaran pengaduk, V =
π x N x Da =
π x x
x =
mmin memenuhi x
x 1,00
in
1 0,9472
1,0019 0,25
0,8015 10
= x
= 0,08
ft 4,0077
= 12,0230
12,0230 0,0833
4,0077
Tebal pengaduk 1
62,4280
0,9472 sg reference
= 59,1300
ρ bahan x
0,9618 1,0019
0,3333
0,00085 sg bahan
x =
0,3048 55
55 4,0077
210,9594 0,9167
μ reference
0,0008
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
PERENCANAAN ALAT UTAM A VI - 12
Pra Rencana Pabrik Asam Salisilat dari Phenol dengan Proses Karboksilasi
Bilangan Reynolds Nre : Putaran pengaduk N =
rpm =
rps μ campuran =
lbft.s ρ campuran =
lbcuft x
2
x μ
= Perhitungan power pengaduk yang dibutuhkan :
Diperoleh nilai N
Re
10000, sehingga Np = K
T
K
T
= Np = McCabe 5ed., tabel 9.2, hal.254
McCabe 5ed., pers.9-24, hal.253
x
3
x
5
x
= ft.lbf s
= =
hp Power Losses pada Gland 10 hp
= x
= hp
0,0008 1081322,0886
4,0077 0,9167
K
T
n
3
Da
5
ρ g
c
5,75 32,17
4,0077 0,9167
55 0,0008
1,5302 59,1300
15,3022 0,1
15,3022 ρ x D
2
x N =
59,1300 0,9167
N
Re
P = 8416,2148
8416,2148 550
P = 5,75
59,1300 =
Diambil power = hp
Power input dengan gland losses = +
= hp
Transmission sistem losses 20 = x
= hp
16,8324 3,3665
0,5 15,3022
1,5302 16,8324
0,2
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
PERENCANAAN ALAT UTAM A VI - 13
Pra Rencana Pabrik Asam Salisilat dari Phenol dengan Proses Karboksilasi
VI.5.2 Penentuan poros pengaduk Power total =
+ =
hp Efisiensi motor = 85
Sehingga power motor = 20,1682
= 23,7273
24 hp
0,85 16,8068
3,3614 20,1682
hp ≈
Bahan konstruksi Commercial cold rolled steel Joshi, hal 413
Permissible shear stress in shaft = kgcm
2
Elastic limit intension =
kgcm a. Panjang Poros
Panjang poros = Tinggi bejana + Tinggi poros diatas bejana - Tinggi poros diatas dasar tangki
Ditetapkan tinggi poros diatas bejana =
in Panjang poros =
x +
- x
= in
= ft =
m 12
180,3220 15,0268
4,5802 18,0345
12 12
4,0077 550
2460
12
b. Diameter Poros - Torsi momen puntir
hp x x
Joshi, pers 14.8 2
x π
x N Tc =
75 60
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
PERENCANAAN ALAT UTAM A VI - 14
Pra Rencana Pabrik Asam Salisilat dari Phenol dengan Proses Karboksilasi
Torsi maksimum Tm = 1.5 - 2.5 Tc
Diambil Tm =
Tc = x
= kg m
Tm Z
p
π x dp
3
Joshi, pers 14-9
Keterangan : f
s
= Shear stress Z
p
= Polar atau modulus section d
p
= Diameter poros Tm
kg.m cmm
f
s
kgcm
2
= cm
3
π x dp
3
x dp
3
d
p
= cm
16 -
f
s
=
Z
p
=
Z
p
= =
Z
p
550 309,5988
464,3982
464,3982 100
1,5 1,5
3,14 16
16
7,5478 =
84,4360 =
84,4360
Hak Cipta © milik UPN Veteran Jatim : Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber
PERENCANAAN ALAT UTAM A VI - 15
Pra Rencana Pabrik Asam Salisilat dari Phenol dengan Proses Karboksilasi
VI.6 Perancangan Jaket Pendingin