5.23 Reaktor Steam Reformer R-301
Fungsi : tempat terjadi reaksi gas alam dengan steam
Jenis : plug flow reactor
Bentuk : Tungku pipa
Bahan konstruksi : Refractory dengan tube terbuat dari bahan chrome-nickel
25 Cr, 20 Ni, 0,35 – 0,45 C grade HK-40 Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Gambar LC.5 Konfigurasi umum Steam Reformer
Reaksi yang terjadi : CH
4
+ H
2
O 3 H
2
+ CO
Reaksi 1 C
2
H
6
+ 2 H
2
O 5 H
2
+ 2 CO
Reaksi 2 C
3
H
8
+ 3 H
2
O 7 H
2
+ 3 CO
Reaksi 3 C
4
H
10
+ 4 H
2
O 9 H
2
+ 4 CO
Reaksi 4 C
5
H
12
+ 5 H
2
O 10 H
2
+ 5 CO
Reaksi 5 C
6
H
14
+ 6 H
2
O 11 H
2
+ 6 CO
Reaksi 6
Temperatur masuk = 500
o
C = 773,15 K Temperatur keluar
= 820
o
C = 1093,15 K Tekanan operasi
= 2500 kPa
Komposisi umpan masuk R-301
Komponen BM
kgkmol N
kmoljam F kgjam
berat BM ×
berat
CH
4
16,043 22,19726984 356,1108
0,24589 3,944755
C
2
H
6
30,07 0,917545461 27,590592
0,01905 0,572854
C
3
H
8
44,097 0,493194367 21,748392
0,01502 0,662194
i-C
4
H
10
58,124 0,097120845 5,645052
0,0039 0,226555
n-C
4
H
10
58,124 0,119730989 6,959244
0,00481 0,279297
Universitas Sumatera Utara
i-C
5
H
12
72,151 0,034801015 2,510928
0,00173 0,125091
n-C
5
H
12
72,151 0,024076174 1,73712
0,0012 0,086541
C
6
H
14
86,178 0,034252385 2,951802
0,00204 0,175644
CO
2
44,01 0,586627403 25,817472
0,01783 0,784539
N
2
28,013 0,483583336 13,54662
0,00935 0,262023
H
2
O 18,016
54,59901845 983,6559164 0,67919
12,23632
Total 79,58722026 1448,273938
1 19,35581
Densitas campuran gas =
3 av
kgm 3052
, 15
, 773
15 ,
273 4
, 22
35581 ,
19 15
, 273
22,4 BM
= ×
= ×
K T
Cao =
773,15K kmolK
m kPa.
8,314 2500kPa
RT P
3
= = 0,3889 kmoljam
Waktu tinggal τ reaktor = 120 detik = 0,0333 jam Kricfalussy et al,1996
a. Volume reaktor dan kebutuhan katalis
Diasumsikan aliran dalam reaktor adalah aliran plug flow, maka volume reaktor dihitung dengan persamaan berikut:
Ao Ao
R
C F
V ×
= τ τ
Levenspiel, Octave.2002 Dengan V
R
= volume reaktor τ = waktu tinggal reaktan
C
A0
= konsentrasi reaktan F
A0
= laju alir molar reaktan
Volume reaktor
V =
3 AO
AO
m 8147
, 6
0,3889 5872
, 9
7 0,0333
C F
τ =
× =
b. Perancangan furnace
Beban panas furnace, Q = 4.710.330,16 kJjam
= 4.464.532,094 Btujam Dipilih tube dengan spesifikasi :
OD = 4,5 in
= 0,375 ft ID
= 4,0 in = 0,333 ft
Universitas Sumatera Utara
L = 49,21 ft
Luas permukaan pada tube, A :
A = L ×
π × ID = 49,21 ft × 3,14 × 0,333
= 51,455 ft
2
Jumlah tube, Nt : Nt
= Q 12.000 × A = 3.915.262,935 1200 × 51,455
= 63,409 tube ≈ 64 tube
Luas permukaan ekivalen cold plane, ACp per tube : M
= jarak antar pusat tube = 10 in = 0,834 ft
ACp = M × L
= 0,834 ft × 49,21 ft = 41,041 ft
2
Ratio M OD = 0,833 0,375
= 2,222 Dari fig. 19.14 Kern untuk single row, refractory backed didapat :
ACp = 2,52 × 1,43
= 3,614 α
ACp
= 27 × 11,51 = 310,77 ft
2
Permukaan refractory :
End walls = 10 × 4,794 × 1,71 = 81,9774 ft
2
Side walls = 1,71 × 15
= 25,65 ft
2
Bridge walls = 0,625 × 15
= 9,37 ft
2
Floor dan arch = 10 × 3,795 × 15
= 569,25 ft
2
∆T = 686,247 ft
2
Luas efektif permukaan refractory, Ar : Ar =
∆T - α
ACp
= 686,247 – 310,77 ft
2
+
Universitas Sumatera Utara
= 375,477 ft
2
ratio, α
ACp
Ar = 310,77 375,477
= 0,827 Mean been length, L
= 15 : 3,795 : 1,71
= 8,77 : 2,21 : 1
Sehingga : L
=
3
3 2
volume
= 23
3
71 ,
1 795
, 3
15 ×
× = 3,06 ft
c. Kebutuhan katalis
Katalis yang digunakan adalah Nikel Oksida dengan bentuk tabletpelet.Patent Library, 2007
Densitas katalis = 8900 kgm
3
Volume dalam tube, V
t
= L × A
i
= L × [OD – ID × π]
= 3,06 ft × [0,375 – 0,333 × π]
= 0,4035 ft
3
= 0,0122 m
3
Maka, volume total reaktor aktual = 64 tube × 0,0122 m
3
tube = 0,7808 m
3
Jumlah katalis yang diperlukan = 0,7808 m
3
× 8900 kgm
3
= 6.949,12 kg Kesimpulan rancangan :
Jumlah tube yang direncanakan
: 64
Luas permukaan ekivalen cold plane : 2,222 ft
2
Mean bean length
: 3,06 ft
Universitas Sumatera Utara
5.24 Waste Heat Boiler E-301
Kategori