lampiran - eprints.ums.ac.ideprints.ums.ac.id/39713/13/12. lampiran.pdf · e = efisiensi pengelasan...
Post on 30-Mar-2019
236 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
LAMPIRAN
REAKTOR
Fungsi : mereaksikan antara DDB dan oleum 20% menjadi DDBS.
Tipe reaktor : Reaktor CSTR
Kondisi operasi
1. Tekanan : 1 atm
2. Suhu : 46oC
3. Konversi : 99%
Neraca massa umpan
Komposisi Massa,kg/jam F.berat BM kmol/jam F. mol
C12H25C6H5 9.663,6761 0,4417 246 39,2832 0,2330
C14H29C6H5 135,2523 0,0062 274 0,4936 0,0029
C10H21C6H5 1,9602 0,0001 218 0,009 0,0001
H2SO4 9.663,6761 0,4417 98 98,6089 0,5849
SO3 2.415,919 0,1104 80 30,199 0,1791
TOTAL 21.880,4838 1,0000 168,5938 1,0000
Menghitung densitas campuran
Komponen Massa ,kg/jam , kg/m3 Fv, m3/jam 𝑥𝑖
𝜌𝑖, m3/kg
C12H25C6H5 9.663,6761 835,395 11,5678 0,0005
C14H29C6H5 135,2523 838,243 0,1614 0,0000
C10H21C6H5 1,9602 837,547 0,0023 0,0000
H2SO4 9.663,6761 1.807,21 5,3473 0,0002
SO3 2.415,919 1.802,195 1,3405 0,0001
TOTAL 21.880,4838 18,4193 0,0008
Menghitung kecepatan laju alir volumetrik ( Fv )
Fv = 3kg/m densitas,
kg/jam massa, = 18,4193 m3/jam
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Menghitung konsentrasi umpan
Konsentrasi DDB ( CAO ) =jam/m 18,4193
kmol/jam 39,28323
= 2,1327 kmol/m3
Konsentrasi oleum 20% ( CBO ) = kmol/jam 18,4193
kmol/jam 99,6089= 5,3536 kmol/m3
Ratio mol umpan masuk ( M ) = AO
BO
C
C = 2,5102
Menghitung konstanta kecepatan reaksi
Persamaan kecepatan reaksi dapat ditulis
Dengan k = konstanta kecepatan reaksi
Diketahui:
CAO = 2,1327 kmol/m3
CBO = 5,3536 kmol/m3
M = 2,5102
XA = 0,99
Untuk t = 2 jam (Groggins, 1958)
k = 0,637 m³/kmol.jam
Optimasi Reaktor
Menghitung jumlah reaktor
a. Menggunakan 1 RATB
Reaktor 1
diperoleh:
BACkC dt
dt
dC- )rA ( A BdC
)1( .
)1( A
A
XM
XMLn
tMAOC
1k
))(1(
)
11 AAAO XMXkC
A0A1
1
X(X FvV
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
XA0 = 0
XA1 = 0,99 V1 = 882,8808
b. Menggunakan 2 RATB
Reaktor 1
Reaktor 2
diperoleh:
XA0 = 0
XA1 = 0,9017069 V1= 77,3198
XA2 = 0,99 V2 = 77,3198
c. Menggunakan 3 RATB
Reaktor 1 Reaktor 3
Reaktor 2
diperoleh:
XA0 = 0
XA1 = 0,79294 V1 = 30,2326
XA2 = 0,9547677 V2 = 30,2326
XA3 = 0,99 V3 = 30,2326
d. Menggunakan 4 RATB
Reaktor 1 Reaktor 3
))(1(
)
11 AAAO XMXkC
AOA1
1
X(X FvV
))(1(
)
22 AAAO XMXkC
A1A2
2
X(X FvV
))(1(
)
33 AAAO XMXkC
A2A3
3
X(X FvV
))(1(
)
11 AAAO XMXkC
AOA1
1
X(X FvV
))(1(
)
22 AAAO XMXkC
A1A2
2
X(X FvV
))(1(
)
11 AAAO XMXkC
AOA1
1
X(X FvV
))(1(
)
33 AAAO XMXkC
A2A3
3
X(X FvV
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Reaktor 2 Reaktor 4
Diperoleh:
XA0 = 0
XA1 = 0,699 V1 =18,6145
XA2 = 0,9046 V2 = 18,6145
XA3 = 0,96938 V3 = 18,6145
XA4 = 0,99 V4 = 18,6145
n XA1 XA2 XA3 XA4 Volume (m3)
1 0,99 882,8808
2 0,9017069 0,99 77,3198
3 0,79294 0,9547677 0,99 30,2326
4 0,699 0,9046 0,96938 0,99 18,6145
Menghitung Dimensi Reaktor
Bentuk reaktor = vessel dengan formed head
Untuk operasi 15-200 psig dipilih torespherical dished head (Brownell, 1959)
1. Diameter dan tinggi reaktor
Menggunakan 1 RATB
- Diketahui volume reaktor = 882,8808 m3 x 3
3
m 0,02832
ft 1
= 31.197,2024 ft3
- Volume cairan = 1,2 x 31.197,2024 ft3 (over design 20%)
= 37.436,643 ft3
= 1.059,457 m3
Pengambilan H/D diusahakan mendekati 1, karena jika H/D terlalu besar
atau terlalu kecil maka:
- Pengadukan tidak sempurna
- Ada gradien konsentrasi dalam reaktor
- Distribusi panas tidak merata
))(1(
)
22 AAAO XMXkC
A1A2
2
X(X FvV
))(1(
)
44 AAAO XMXkC
A3A4 X(X Fv
V4
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
D : H = 1 (Brownell, 1959)
Volume shell = H D 4
2
= 3D 4
D = 3Vshell 4
= 3 1.059,457 x 4
= 11,0484 m
= 434,9772 in
Volume dish = 0,000049 Ds3
Dimana:
Ds = diameter shell, in
Vdish = 0,000049 x (434,9772 )3
= 4.032,697 in3
Vsf = 144
sf D
4
2
diambil sf = 2
Vsf = 144
2x ) 434,9772 ( x
4
2
= 2.062,862 in3
Sehingga,
Vhead = 2 (Vdish + Vsf )
= 2 x (4.032,697 + 2.062,862)
= 12.191,1177 in3
= 345,2525 m3
Vreaktor = Vshell + Vhead
= 1.059,457 m3 + 345,2525 m3
= 1.404,7094 m3
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Untuk menentukan jumlah reaktor digunakan optimasi. Dari fig 13-15, Peter hal
268 dapat diperoleh harga reaktor untuk mempertimbangkan jumlah reaktor
dengan harga yang minimal.
Untuk V = 10 m3 harganya $ 70.000
Dimana harga alat = $ 70.000
6,0
10
Vi
= $ 70.000
6,0
10
1.404,7094
= $ 1.360.347,7491
Dengan cara yang sama dapat dihitung diameter, volume dan harga reaktor untuk
2,3 dan 4 RATB
N Vshell,m3 D,m D,in Vhead,in3 Vhead,m3
1 1.059,4570 11,0484 434,9772 12.191,1177 345,2525
2 92,7838 4,9068 193,1811 1.520,2732 43,0541
3 36,2791 3,5882 141,2667 711,4357 20,1479
4 22,3374 3,0526 120,1818 485,0637 13,7371
Vreaktor,m3 U$/ reaktor U$/ total
1.404,7094 1.360.347,7491 1.360.347,7491
135,8379 334.896,5394 669.793,0788
56,4270 197.692,5254 593.077,5761
36,0745 151.153,5394 604.614,1575
400000,0000
500000,0000
600000,0000
700000,0000
800000,0000
900000,0000
1000000,0000
1100000,0000
0 1 2 3 4 5
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Berdasarkan grafik yang ada maka digunakan 3 reaktor dengan spesifikasi
sebagai berikut:
Spesifikasi tiap reaktor
- Diameter : 3,5882 m
- Tinggi shell : 3,5882 m
- Volume shell : 36,2791 m3
- Volume head : 20,1479 m3
- Volume reaktor : 56,4270 m3
- x : 0,99
- Volume cairan : 36,2791 m3
- Volume bottom : 0,5x 20,1479 m3
: 10,0739 m3
- Volume cairan dalam shell : 36,2791 - 10,0739
: 26,2052 m3
- Tinggi cairan dalam shell : 2
4
D
xVshell
: 2,5928 m
1.Tebal dinding reaktor
Reaktor terdiri atas dinding (shell), tutup atas dan tutup bawah (head)
Head atas dan head bawah berbentuk torispherical
Bahan untuk reaktor = stainless stell 310-A151, dengan pertimbangan cairan
bersifat korosif.
ts = PfE
i
6,0
Pr
+ C
dimana:
ts = tebal shell, in
E = efisiensi pengelasan = 0,85
f = maksimum allowable stress bahan yng digunakan: 13.750 psi
(Brownell, 1959)
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
ri = jari-jari dalam shell = D/2 = 141,2667/ 2 = 70,6333 in
C = faktor koreksi = 0,125 in
P = tek. design = Poperasi + Phidrostatis
Pop = 1 atm = 14,7 psi
Phidrostatis = xhgc
gcamp dimana g/gc = 1
H = tinggi cairan = 2,5928 m = 8,5066 ft
Jadi Phidrostatis = 1.187,9096 kg/m3 x 2,5928 m
= 3.080,025 kg/m2
= 4,372 psi
Pdesign = 14,7 psi + 4,372 psi
= 19,072 psi
t shell = PfE
i
6,0
Pr
+ C
= 0,2404 in
dipilih t shell = ¼
2. Jenis dan Ukuran Head
Dipilih jenis “ Torispherical dished head”, karena dengan tekanan 14,7 psia
tangki memenuhi persyaratan.
Persamaan
W = ¼ x
irc
rc3
th = PEf
WrcP
2,0..2
..
+ C
dimana:
rc = Jari-jari dish, in
irc = Jari-jari sudut dalam, in
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
W = faktor intensifiksi tegangan untuk jenis head
Sehingga asumsi awal, tebal dinding head tebal shell
Dari tabel 5-7 Brownell & Young untuk
OD = (2 x r ) + ( 2 x tebal shell )
= (141,2667) + ( 2 x 1/4 )
= 141,77 in
Diambil OD standart = 144 in (Brownell hal 89, 1959)
Diperoleh
r = 132 in
icr = 8 3/4
W = 1,7210 in
th = 0,3104 in
dipakai plat dengan tebal standar = 5/16 in
sehingga dari tabel 5-6 Brownell hal 350 untuk th = 5/16 in
diambil Sf standar = 2 in
a = ID/2 = 70,6334 in
AB = ID/2 – irc = 61,8834 in
BC = r- irc = 123,25 in
AC = 22 ABBC = 106,5880 in
b = r – AC = 25,4120 in
OA = b + th + sf = 27,7245 in
= 0,7042 m
Tinggi reaktor = 2 tinggi head + tinggi shell
= 4,2924 m
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
3. Menghitung Ukuran dan Power Pengaduk
Keterangan
ID : diameter dalam pengaduk
Di : diameter pengaduk
L : panjang sudut pengaduk
W : lebar sudut pengaduk
E : jarak pengaduk dengan dasar tangki
J : lebar baffle
H : tinggi cairan
Digunakan pengaduk jenis turbin dengan 6 sudut (six Blades Turbine),
karena turbin memiliki range volume yang besar dan dapat digunakan untuk
kecepatan putaran yang cukup tinggi.
H
L
Di
Dt
E
Sf
t
r
C a
O
D
ID
O
A
b ic
r A
B
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Data pengaduk diperoleh dari Brown “Unit Operation “ hal. 507.
Di / ID = 1/3 B / ID = 1/12
W / Di = 1/5 E / Di = 1
L / Di = 1/4
Ukuran pengaduk:
Diameter pengaduk (Di)
Di = 3
ID =
3
5882,3 = 1,1961 m = 3,9241 ft = 47,0889 in
Tinggi pengaduk (W)
W = 5
Di =
5
1,1961 = 0,2392 m
Lebar pengaduk (L)
L = 4
Di =
4
1,1961 = 0,2990 m
Lebar baffle (B)
B = 12
ID =
12
5882,3 = 0,2990 m
Jarak pengaduk dengan dasar tangki (E)
Di
E = 0,75 – 1,3; dipilih 1
E = 1 x 1,1961 = 1,1961 m
Kecepatan putar pengaduk (N)
N = d.
600
d.2
WELH (Rase, 1977)
WELH = ZL x Sg
Dimana: N = kecepatan putar pengaduk, rpm
d = diameter pengaduk, ft
ZL = tinggi cairan dalam tangki, m
Sg = specific gravity
WELH = Water Eqiuvalent Liquid Height, ft
Kecepatan ujung pengaduk 600-900 rpm (pheriperal speed) (Rase, 1977)
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
ρcairan = Fv
totalMassa
= m3/jam 18,4193
kg/jam 821.880,483
= 1.187,91 kg/m3 = 74,159 lb/ft3
Sg =
air
cairan =
3/1000
3/91,187.1
mkg
mkg = 1,188
Zl = tinggi cairan dalam shell
= 2,5928 m = 8,5066 ft
WELH = 2,5928 m x 1,188 = 3,08 m = 10,1051 ft
Jumlah pengaduk = ID
WELH =
5882,3
3,08 = 0,8584 ≈ 1 buah
Kecepatan putar pengaduk:
N = ftx
menitft
3,9241
/600
ftx
ft
3,92412
1051,10
= 55,2548 rpm = 0,9209 rps
Menghitung Power Pengaduk (P)
P = C
53
g
d.N..Np (Brown, 1978)
Dimana: P = daya pengaduk, lb.ft/s
Np = power number
N = kecepatan putar pengaduk = 0,9209 rps
ρ = densitas campuran = 74,1588 lbm/ft3
d = diameter pengaduk = 3,9241 ft
gC = gravitasi = 32,2 ft.lbm/s2.lbf
campuran = 6,7243 cP = 0.0045187 lb/s.ft
NRe =
.d.N 2
= 0,0045187
1588,74)9241,3(9209,0 2 xx
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
= 9.383,4136
Dari fig. 8.7 rase, hal.348, diperoleh Np = 6
P = lbfslbmft
ftxrpsxftlbmx
./.2,32
)9241,3()9209,0()/1588,74(62
533
= 10.041,5740 ft.lbf/s = 18,2574 Hp
Effisiensi motor penggerak (η) = 88 %
Daya penggerak motor =
P
= 88,0
18,2574 = 20,7471 Hp
Maka dipakai motor dengan daya = 25 Hp (NEMA)
4. Perancangan Pendingin
1. Reaktor 1
Komponen Panas masuk, kJ/jam Panas keluar,kJ/jam
C12H25C6H5 442.180,6939 91.557,9345
C14H29C6H5 69,375 69,375
C10H21C6H5 6.886,589 6.886,589
H2SO4 291.041,9758 288.237,3013
SO3 162.751,4674
H2O 1.503,698
C12H25C6H4.SO3H 560.593,042
Panas reaksi 4.660.936,351
Panas pendingin 4.615.018,513
Total 5.563.866,453 5.563.866,453
Menghitung dimensi pendingin
Suhu fluida panas reaktor = 46oC = 114,8oF
Suhu fluida dingin masuk = 30oC = 86oF
Suhu fluida dingin keluar = 40oC = 104oF
Fluida panas reaktor Fluida dingin T
114,8 Higher temp 86 28,8
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
114,8 Lower temp 104 10,8
8,10
8,28ln
8,108,28LMTDT
= 18,3518
Menghitung luas transfer panas
Untuk fluida panas light organik dan fluida dingin air
UD = 75-150 Btu/ft2.oF. jam (Kern, 1983)
diambil harga UD = 150 Btu/ft2.oF. jam
Q = 4.615.018,513 Kj = 4.374.425,131 Btu
A = TU
Q
D
= x18,3518150
1314.374.425,
= 1.589,098 ft2
Menghitung luas selubung reaktor
A = . D . L
= . 3,5882 . 3,5882
= 435,1580 ft2
Perancangan Koil Pendingin
Menghitung Koefisien Transfer Panas
Nilai koefisien perpindahan panas pada RATB dengan baffle dan
didinginkan dengan koil dipakai persamaan 20.4 Kern, halaman 722.
hC = Dt
k.87,0
3/22 .N.L
3/1
k
.Cp
14,0
w
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Dimana, 14,0
w
= 1
hC = koefisien transfer panas cairan, Btu/jam.ft2.oF
Dt = diameter reaktor = 11,7722 ft
k = konduktivitas panas = 0,38 Btu/jam.ft. oF
Cp = kapasitas panas larutan = 1,048 btu/lb.oF = 1,048 kkal/kg.oC
L = dimeter putar pengaduk = 3,9241 ft
N = kecepatan putar pengaduk = 0,9209 rps = 3.315,2885 rph
ρ = densitas campuran = 74,1588 lb/ft3
µ = viskositas campuran = 0,0045187 lb/s.ft = 16,2674 lb/jam.ft
µw = viskositas air
3/22 .N.L
= 3/2
32
./2674,16
/1588,74/2885,315.3)9241,3(
ftjamlb
ftlbjamxxft = 3.783,4984
3/1
k
.Cp
=
3/1
../38,0
./2674,16./048,1
FftjamBtu
ftjamlbFxlbBtu = 3,5533
hC = ft
FftjamBtux
7722,11
../38,087,0 x 3.783,4984 x 3,5533
= 377,546 Btu/jam.ft2.oF
Menghitung Kebutuhan Air Pendingin
Sebagai pendingin digunakan air dengan suhu masuk (T1) = 30oC (86oF)
dan suhu keluar (T2) = 40oC (104oF)
Tf = 2
10486 = 95oF
Sifat-sifat air pada Tf = 95oF adalah:
ρ = 1.018,27 kg/m3 = 62,0729 lb/ft3
µ = 0,733 cP = 1,936 lb/ft.jam
Cp = 1,048 kkal/kg.oC
k = 0,356 Btu/jam.ft2.oF
Panas yang diambil pendingin,
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Qp = 4.615.018,5 kj/jam = 1.103.016 kkal/jam = 4.374.425 Btu/jam
Kebutuhan air pendingin, Wt = )TT.(Cp
Qp
12
= CCkgkkal
jamkkal
)3040.(./048,1
/1.103.016
= 105.249,61 kg/jam
= 232.075,39 lb/jam
Debit air pendingin, Fvp =
Wt
= 3lb/ft 62,0729
/ 232.075,39 jamlb
= 3.738,7553 ft3/jam
Menghitung Luas Penampang Aliran (A)
Harga kecepatan untuk cairan dalam pipa = 1,5 – 2,5 m/s (Coulson, 2005)
Dipilih harga kecepatan cairan (v) = 2,5 m/s = 29.527,56 ft/jam
A = v
Fvp =
4
(ID)2
ID = v.
Fvp.4
= jamftx
jamftx
/56,527.29
/3.738,75534 3
= 0,4016 ft = 0,12245 m = 4,8207 in
Dipakai koil standar 6 in. Dari tabel 11, Kern hal.844. Sehingga didapat:
OD = 6,625 in = 0,5521 ft
ID = 6,065 in = 0,5054 ft
Luas penampang, A’ = 28,9 in2 = 0,2007 ft2
Luas perpindahan panas/panjang, A” = 1,734 ft2/ft
Menghitung Mass Velocity (V)
Gt = 'A
Wt
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
= 22007,0
/ 232.075,39
ft
jamlb
= 1.156.361,79 lb/jam.ft2
V =
Gt
= 3
2
/0729,62
./ 791.156.361,
ftlb
ftjamlb
= 18.629,0924 ft/jam = 5,11747 ft/s
Menghitung hi dan hi0
Re dalam pipa, Ret =
IDxGt
= ftjamlb
ftjamlbftx
./9360,1
./ 1.156.3610,5054 2
= 301.882,5
Untuk T = 95oF diperoleh hi = 1.450 Btu/jam.ft2.oF. Dari fig. 25, Kern.
hi0 = hi x OD
ID
= 1.450 Btu/jam.ft2.oF x ft
ft
5521,0
5054,0
= 1.327,434 Btu/jam.ft2.oF
Menghitung Harga LMTD
Suhu reaktor masuk = 46oC = 114,8oF
Suhu reaktor keluar = 46oC = 114,8oF
Suhu air masuk = 30oC = 86oF
Suhu air keluar = 40oC = 104oF
LMTD =
868,114
1048,114
)868,114()1048,114(
Ln
= 18,3518
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Menghitung Uc dan Ud
Clean Overall Coefficient (Uc)
Uc = 0
0
hihc
hcxhi
= FftjamBtu
FftjamBtuFxftjamBtu
../)1.327,434377,546(
../1.327,434../377,5462
22
= 293,943 Btu/jam.ft2.oF
Rd
Dari table 12 Kern diambil harga Ud 150 Bu/jam F ft2
Rd = UcxUd
UdUc
= FftjamBtu
FftjamBtuFftjamBtu
../)150943,293(
../ 150../943,2932
22
= 0,00326 jam.ft2.oF/Btu
Menghitung Luas Perpindahan Panas
A = UdxLMTD
Qp
= 1.589,0978 ft2
Menghitung Panjang Koil
L = "A
Adesain
= ftft
ft
/1,734
1.589,09782
2
= 916,4347 ft
Menentukan Jumlah Lengkungan Koil
y
C
B A
DC
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Diameter helix, DC = 0,8 x (ID reaktor) = 0,8 x 11,7722 ft = 9,4178 ft = 2,8705 m
AB = DC = 9,4178 ft = 2,8705 m
Jarak antar gulungan koil, y = OD koil = 0,2761 ft = 0,0842 m
BC = y = 0,2761 ft = 0,0842 m
AC = 22 )BC()AB(
= 22 )0842,0()4178,9(
= 9,4194 ft = 2,8718 m
Keliling busur AB = ½ x π x AB = ½ x π x 9,4178 ft = 14,7821 ft = 4,5067 m
Keliling busur AC = ½ x π x AC = ½ x π x 9,4194 ft = 14,7885 ft = 4,5087 m
Keliling lingkaran koil = keliling busur AB + keliling busur AC
= 14,7821 ft + 14,7885 ft
= 29,5782 ft = 9,0154 m
Jumlah lengkungan koil (N) = 5782,29
916,435
= 30,9 ≈ 31 lilitan
Tinggi tumpukan koil = y x N = 0,276 ft x 31 = 2,8613 m
Koil tidak tercelup seluruhnya dalam cairan, karena tinggi koil lebih tinggi dari
tinggi cairan (2,8613 m > 2,593 m)
Tinggi cairan setelah ada koil (ZC)
ZC = Areaktor
VkoilVcairan
= 2
2
xIDx25,0
)xLxODx25,0(Vc
= 2
23
)5882,3(25,0
)279,4)1683,0(25,0(2791,36
xx
mxmxxm
= 4,2 m
Menghitung Pressure Drop Koil
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Faktor friksi, f = 0,0035 + 42,0
t )(Re
264,0
(Kern, 1983)
= 0,0035 + 42,0)301.882,5(
264,0
= 4,818.10-3
∆P = txIDxSx10.22,5
xLfxGt10
2
Dimana: S = spesifik gravity = 62,158 lb/ft3
L = panjang koil = 916.435 ft
Gt = 1.156.361,79 lb/jam.ft2
f = faktor friksi = 4,818.10-3
фt = 19,0
W
= 1
∆P = 1158,625054,010.22,5
916,435)791.156.361,(10.818,410
23
xxx
xx
= 3,6 psi
Syarat ∆P cairan dalam tube < 10 psi, maka ∆P = 3,6 psi memenuhi syarat.
2. Reaktor 2
Komponen Panas masuk, Kj/jam Panas keluar,Kj/jam
C12H25C6H5 91.557,93449 76.741,3245
C10H21C6H5 6.886,5895 6.886,5895
C14H29C6H5 69,3755 69,3755
H2SO4 288.237,3013 284.352,2597
H2O 1.503,698 3.586,623
C12H25C6H4SO3H 560.593,042 584.282,5722
panas reaksi 965.093,4809
panas pendingin 958.022,6769
Total 1.913.941,421 1.913.941,421
Perancangan Koil Pendingin
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Menghitung Koefisien Transfer Panas
Nilai koefisien perpindahan panas pada RATB dengan baffle dan
didinginkan dengan koil dipakai persamaan pada eq. 20.4 Kern, p.722.
hC = Dt
k.87,0
3/22 .N.L
3/1
k
.Cp
14,0
w
Dimana, 14,0
w
= 1
hC = koefisien transfer panas cairan, Btu/jam.ft2.oF
Dt = diameter reaktor = 11,7722 ft
k = konduktivitas panas = 0,38 Btu/jam.ft. oF
Cp = kapasitas panas larutan = 1,048 btu/lb.oF = 1,048 kkal/kg.oC
L = dimeter putar pengaduk = 3,9241 ft
N = kecepatan putar pengaduk = 0,9209 rps = 3.315,2885 rph
ρ = densitas campuran = 74,1588 lb/ft3
µ = viskositas campuran = 0,0045187 lb/s.ft = 16,2674 lb/jam.ft
µw = viskositas air
3/22 .N.L
= 3/2
32
./2674,16
/1588,74/2885,315.3)9241,3(
ftjamlb
ftlbjamxxft = 3.783,4984
3/1
k
.Cp
=
3/1
../38,0
./2674,16./048,1
FftjamBtu
ftjamlbFxlbBtu = 3,5533
hC = ft
FftjamBtux
7722,11
../38,087,0 x 3.783,4984 x 3,5533
= 377,546 Btu/jam.ft2.oF
Menghitung Kebutuhan Air Pendingin
Sebagai pendingin digunakan air dengan suhu masuk (T1) = 30oC (86oF)
dan suhu keluar (T2) = 40oC (104oF)
Tf = 2
10486 = 95oF
Sifat-sifat air pada Tf = 95oF adalah:
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
ρ = 1.018,27 kg/m3 = 62,0729 lb/ft3
µ = 0,733 cP = 1,936 lb/ft.jam
Cp = 1,048 kkal/kg.oC
k = 0,356 Btu/jam.ft2.oF
Panas yang diambil pendingin,
Qp = 908.078,4 Btu/jam = 228.972,9 kkal/jam
Kebutuhan air pendingin, Wt = )TT.(Cp
Qp
12
= CCkgkkal
jamkkal
)3040.(./048,1
/ 228.972,9
= 21.848,561 kg/jam
= 48.176,076 lb/jam
Debit air pendingin, Fvp =
Wt
= 3/0729,62
/ 48.176,076
ftlb
jamlb
= 776,1209 ft3/jam
Menghitung Luas Penampang Aliran (A)
Harga kecepatan untuk cairan dalam pipa = 1,5 – 2,5 m/s (Coulson, 2005)
Dipilih harga kecepatan cairan (v) = 2,5 m/s = 29.527,56 ft/jam
A = v
Fvp =
4
(ID)2
ID = v.
Fvp.4
= jamftx
jamftx
/56,527.29
/ 776,12094 3
= 0.183 ft = 0,0558 m = 2,196 in
Dipakai koil standar 2,5 in. Dari tabel 11, Kern halaman 844. Sehingga didapat:
OD = 2,88 in = 0,07315 m = 0,24 ft
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
ID = 2,469 in = 0,06271 m = 0,206 ft
A’ = 4,79 in2 = 0,03326 ft2
A” = 0,753 ft2/ft
Menghitung Mass Velocity (V)
Gt = 'A
Wt
= 203326,0
/ 48.176,076
ft
jamlb
= 1.448.299,57 lb/jam.ft2
V =
Gt
= 3
2
/0729,62
./ 571.448.299,
ftlb
ftjamlb
= 23.332,2364 ft/jam = 6,481 ft/s
Menghitung hi dan hi0
Re dalam pipa, Ret =
IDxGt
= ftjamlb
ftjamlbftx
./9360,1
./ 571.448.299,0,206 2
= 153.919,234
Untuk T = 95oF diperoleh hi = 1.500 Btu/jam.ft2. oF. Dari fig. 25, Kern.
hi0 = hi x OD
ID
= 1.500 Btu/jam.ft2. oF x ft
ft
24,0
206,0
= 1.285,9375 Btu/jam.ft2. oF
Menghitung Harga LMTD
Suhu reaktor masuk = 46oC = 114,8oF
Suhu reaktor keluar = 46oC = 114,8oF
Suhu air masuk = 30oC = 86oF
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Suhu air keluar = 40oC = 104oF
LMTD =
868,114
1048,114
)868,114()1048,114(
Ln
= 18,3518oF
Menghitung Uc dan Ud
Clean Overall Coefficient (Uc)
Uc = 0
0
hihc
hcxhi
= FftjamBtu
FftjamBtuFxftjamBtu
../) 1.285,9375 377,546(
../ 1.285,9375../ 377,5462
22
= 291,858 Btu/jam.ft2.oF
Rd
Ud = UcxUd
UdUc
= FftjamBtux
FftjamBtuFftjamBtu
../)150 291,858(
../150../ 291,8582
22
= 0,00324 Btu/jam.ft2.oF
Menghitung Luas Perpindahan Panas
A = UdxLMTD
Qp
= 494,8166 ft2
Menghitung Panjang Koil
L = "A
Adesain
= ftft
ft
/753,0
494,81662
2
= 657,127 ft
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Menentukan Jumlah Lengkungan Koil
Diameter helix, DC = 0,8 x (ID reaktor) = 0,8 x 11,7722 ft = 9,4178 ft = 2,8705 m
AB = DC = 9,4178 ft = 2,8705 m
Jarak antar gulungan koil, y = OD koil = 0,07315 m = 0,24 ft
BC = y = 0,07315 m = 0,24 ft
AC = 22 )BC()AB(
= 22 )24,0()4178,9(
= 9,416 ft = 2,871 m
Keliling busur AB = ½ x π x AB = ½ x π x 9,4178 ft = 14,782 ft = 4,507 m
Keliling busur AC = ½ x π x AC = ½ x π x9,416 ft = 14,7833 ft = 4,5071 m
Keliling lingkaran koil = keliling busur AB + keliling busur AC
= 14,782 ft + 14,7833 ft
= 29,565 ft = 9,0139 m
Jumlah lengkungan koil (N) = 565,29
657,127
= 22,226 ≈ 23 lilitan
Tinggi tumpukan koil = y x N = 0,24 ft x 23 =0,9512 m
Koil tercelup seluruhnya dalam cairan, karena tinggi koil lebih rendah dari tinggi
cairan (0,9512 m < 2,2069 m)
Tinggi cairan setelah ada koil (ZC)
y
C
B A
DC
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
ZC = Areaktor
VkoilVcairan
= 2
2
25,0
)25,0(
xIDx
xLxODxVc
= 2
23
)7722,11(25,0
) 657,127)24,0(25,0(2023,280.1
ftxx
ftxftxxft
= 3,673 m
Menghitung Pressure Drop Koil
Faktor friksi, f = 0,0035 + 42,0
t )(Re
264,0
(Kern, 1983)
= 0,0035 + 42,0)4153.919,23(
264,0
= 5,25.10-3
∆P = txIDxSx10.22,5
xLfxGt10
2
Dimana : S = spesifik gravity = 62,158 lb/ft3
L = panjang koil = 657,127 ft
Gt = 1.448.299,57 lb/jam.ft2
f = faktor friksi = 5,325.10-3
фt = 19,0
W
= 1
∆P = 1158,62206,010.22,5
657,127) 571.448.299,(10.325,510
23
xxx
xx
= 2,765 psi
Syarat ∆P cairan dalam tube < 10 psi, maka ∆P = 2,765 psi memenuhi syarat.
3. Reaktor 3
Komponen Panas masuk, Kj/jam Panas keluar,Kj/jam
C12H25C6H5 76.741,324 4.421,806
C10H21C6H5 6.886,589 6.886,589
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
C14H29C6H5 69,375 69,375
H2SO4 284.352,2597 265.389,4651
H2O 3.586,623 13.753,3313
C12H25C6H4SO3H 584.282,5722 699.910,6006
panas reaksi 808.914,6226
panas pendingin 774.402,198
Total 1.764.833,367 1.764.833,367
Perancangan Koil Pendingin
Menghitung Koefisien Transfer Panas
Nilai koefisien perpindahan panas pada RATB dengan baffle dan
didinginkan dengan koil dipakai persamaan pada eq. 20.4 Kern, p.722.
hC = Dt
k.87,0
3/22 .N.L
3/1
k
.Cp
14,0
w
Dimana, 14,0
w
= 1
hC = koefisien transfer panas cairan, Btu/jam.ft2.oF
Dt = diameter reaktor = 11,7722 ft
k = konduktivitas panas = 0,38 Btu/jam.ft. oF
Cp = kapasitas panas larutan = 1,048 btu/lb.oF = 1,048 kkal/kg.oC
L = dimeter putar pengaduk = 3,9241 ft
N = kecepatan putar pengaduk = 0,9209 rps = 3.315,2885 rph
ρ = densitas campuran = 74,1588 lb/ft3
µ = viskositas campuran = 0,0045187 lb/s.ft = 16,2674 lb/jam.ft
µw = viskositas air
3/22 .N.L
= 3/2
32
./2674,16
/1588,74/2885,315.3)9241,3(
ftjamlb
ftlbjamxxft = 3.783,4984
3/1
k
.Cp
=
3/1
../38,0
./2674,16./048,1
FftjamBtu
ftjamlbFxlbBtu = 3,5533
hC = ft
FftjamBtux
7722,11
../38,087,0 x 3.783,4984 x 3,5533
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
= 377,546 Btu/jam.ft2.oF
Menghitung Kebutuhan Air Pendingin
Sebagai pendingin digunakan air dengan suhu masuk (T1) = 30oC (86oF)
dan suhu keluar (T2) = 40oC (104oF)
Tf = 2
10486 = 95oF
Sifat-sifat air pada Tf = 95oF adalah:
ρ = 1.018,27 kg/m3 = 62,0729 lb/ft3
µ = 0,733 cP = 1,936 lb/ft.jam
Cp = 1,048 kkal/kg.oC
k = 0,356 Btu/jam.ft2.oF
Panas yang diambil pendingin,
Qp = 734.030,5195 Btu/jam = 185.086,5674 kkal/jam
Kebutuhan air pendingin, Wt = )TT.(Cp
Qp
12
= CCkgkkal
jamkkal
)3040.(./048,1
/ 74185.086,56
= 17.660,932 kg/jam
= 38.942,355 lb/jam
Debit air pendingin, Fvp =
Wt
= 3/0729,62
/ 38.942,355
ftlb
jamlb
= 627,365 ft3/jam
Menghitung Luas Penampang Aliran (A)
Harga kecepatan untuk cairan dalam pipa = 1,5 – 2,5 m/s (Coulson, 2005)
Dipilih harga kecepatan cairan (v) = 2,5 m/s = 29.527,56 ft/jam
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
A = v
Fvp =
4
(ID)2
ID = v.
Fvp.4
= jamftx
jamftx
/56,527.29
/ 627,3654 3
= 0,1645 ft = 0,05 m = 1,975 in
Dipakai koil standar 2 in. Dari tabel 11, Kern hal.844. Sehingga didapat:
OD = 2,38 in = 0,0604 m = 0,1983 ft
ID = 2,067 in = 0,0525 m = 0,1723 ft
A’ = 3,38 in2 = 0,0235 ft2
A” = 0,622 ft2/ft
Menghitung Mass Velocity (V)
Gt = 'A
Wt
= 20235,0
/ 38.942,355
ft
jamlb
= 1.673.940,04 lb/jam.ft2
V =
Gt
= 3
2
/0729,62
./ 041.673.940,
ftlb
ftjamlb
= 26,967,3245 ft/jam = 7,491 ft/s
Menghitung hi dan hi0
Re dalam pipa, Ret =
IDxGt
= ftjamlb
ftjamlbftx
./9360,1
./ 041.673.940,0,1723 2
= 148.933,973
Untuk T = 95oF diperoleh hi = 1.450 Btu/jam.ft2.oF. Dari fig. 25, Kern.
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
hi0 = hi x OD
ID
= 1.450 Btu/jam.ft2. oF x ft
ft
1983,0
1723,0
= 1.259,3067 Btu/jam.ft2. oF
Menghitung Harga LMTD
Suhu reaktor masuk = 46oC = 114,8oF
Suhu reaktor keluar = 46oC = 114,8oF
Suhu air masuk = 30oC = 86oF
Suhu air keluar = 40oC = 104oF
LMTD =
868,114
1048,114
)868,114()1048,114(
Ln
= 18.3518oF
Menghitung Uc dan Ud
Clean Overall Coefficient (Uc)
Uc = 0
0
hihc
hcxhi
= FftjamBtu
FftjamBtuFxftjamBtu
../) 1.259,3067377,546(
../ 1.259,3067../ 377,5462
22
= 290,4636 Btu/jam.ft2.oF
Rd
Rd = UCxUd
UdUc
= FftjamBtu
FftjamBtuFxftjamBtu
../)150 290,4636(
../150../ 290,46362
22
= 0,0032 Btu/jam.ft2.oF
Menghitung Luas Perpindahan Panas
A = UdxLMTD
Qp
= 266,6513 ft2
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Menghitung Panjang Koil
L = "A
Adesain
= ftft
ft
/622,0
266,65132
2
= 428,7 ft
Menentukan Jumlah Lengkungan Koil
Diameter helix, DC = 0,8 x (ID reaktor) = 0,8 x 11,7722 ft = 9,4178 ft = 2,8705 m
AB = DC = 9,4178 ft = 2,8705 m
Jarak antar gulungan koil, y = OD koil = 0,0604 m = 0,1983 ft
BC = y = 0,0604 m = 0,1983 ft
AC = 22 )BC()AB(
= 22 )1983,0()41788,9(
= 9,4183 ft = 2,8707 m
Keliling busur AB = ½ x π x AB = ½ x π x 9,4178 ft = 14,7821 ft = 4,5067 m
Keliling busur AC = ½ x π x AC = ½ x π x 9,4183 ft = 14,783 ft = 4,507 m
Keliling lingkaran koil = keliling busur AB + keliling busur AC
= 14,7821 ft + 14,783 ft
= 29,5726 ft = 9,0137 m
Jumlah lengkungan koil (N) = 57,29
428,7
= 14,5 ≈ 15 lilitan
y
C
B A
DC
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Tinggi tumpukan koil = y x N = 0,1983 ft x 15 =0,544 m
Koil tercelup seluruhnya dalam cairan, karena tinggi koil lebih rendah dari tinggi
cairan (0,544 m < 2,2069 m)
Tinggi cairan setelah ada koil (ZC)
ZC = Areaktor
VkoilVcairan
= 2
2
xIDx25,0
)xLxODx25,0(Vc
= 2
23
)3540,10(25,0
)428,77)1983,0(25,0(2023,280.1
ftxx
ftxftxxft
= 3,627 m
Menghitung Pressure Drop Koil
Faktor friksi, f = 0,0035 + 42,0
t )(Re
264,0
(Kern, 1983)
= 0,0035 + 42,0)3148.933,97(
264,0
= 5,274.10-3
∆P = txIDxSx10.22,5
xLfxGt10
2
Dimana : S = spesifik gravity = 62,158 lb/ft3
L = panjang koil = 428,77 ft
Gt = 1.673.940,04 lb/jam.ft2
f = factor friksi = 5,274.10-3
фt = 19,0
W
= 1
∆P = 1158,621723,010.22,5
428,77) 041.673.940,(10.274,510
23
xxx
xx
= 4,642 psi
Syarat ∆P cairan dalam tube < 10 psi, maka ∆P = 4,642 psi memenuhi syarat.
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
NETRALISER
Tugas : Menetralkan DDBS menjadi SDBS dengan menggunakan NaOH 20%.
Jenis : Silinder tegak berpengaduk yang dilengkapi dengan koil pendingin.
Kodisi : Eksotermis, T = 55°C, P = 1 atm
1. Menghitung kecepatan volumetrik umpan
Komponen kg/jam
fraksi
massa BM kmol/jam
fraksi
mol p,kg/m3
FV,
m3/jam
C12H25C6H5 96,637 0,004 246 0,393 0,001 829,65 0,1165
C10H21C6H5 135,252 0,006 218 0,620 0,002 831,26 0,1627
C14H29C6H5 1,960 0,000 274 0,007 0,000 832,6 0,0024
H2SO4 440,596 0,019 98 4,496 0,016 1.796,03 0,2453
H2O 124,271 0,005 18 6,904 0,025 999,71 0,1243
C12H25C6H4SO3H 12.677,932 0,559 326 38,889 0,138 916,06 13,84
NaOH 20% 9.187,329 0,405 40 229,683 0,817 1.898,42 4,84
22.663,976 1,000 280,993 1,000 19,3302
Komponen kg/jam fraksi massa (x) Cp x*
C12H25C6H5 96,637 0,004 2,4717 0,0105
C10H21C6H5 135,252 0,006 1,85 0,01104
C14H29C6H5 1,960 0,000 3,45 0,000299
H2SO4 440,596 0,019 9,42 0,1831
H2O 124,271 0,005 0,51 0,002784
C12H25C6H4SO3H 12.677,932 0,559 11,19 6,2608
NaOH 20% 9.187,329 0,405 1,554 0,6299
22.663,976 1,000 7,0985
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
2. Menghitung Volume Netraliser
Kecepatan volumetris umpan
Fv = 19,3302 m3/jam.
Waktu tinggal = 1,5 jam (Grogins, 1958)
Konsentrasi dbsa (Cao) = 2,2838 kmol/m3
Konsentrasi NaOH 20% ( Cbo)= 13,4884 kmol/m3
ratio mol umpan masuk (M) = 5,9061
Konversi (XA) = 0,95
Menghitung konstanta kecepatan reaksi kimia
Persamaan keceptan reaksi dapat ditulis
k = 0,1678 m³/kmol.jam
menghitung volume netraliser
XA0 = 0
XA1 = 0,95
Volume reaktor = 170,3354 m³
Perancangan yang dibuat ini memilih over design 20 %, sehingga volume cairan
menjadi:
Vcairan = 1,2 x 170,3354 m3 = 204,4025 m3
Pengambilan H/D diusahakan mendekati 1, karena jika H/D terlalu besar
atau terlalu kecil maka:
- Pengadukan tidak sempurna
BACkCdt
dCB
dt
dCA- )rA (
)1(.
)1( A
A
XM
XMLn
tMAOC
1k
))(1(
)
11 AAAO XMXkC
A0A1
1
X(X FvV
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
- Ada gradien konsentrasi dalam reaktor
- Distribusi panas tidak merata
D : H = 1 (Brownell, 1959)
Jenis head dipilih teorispherical flanged and dished head, karena operasi pada
tekan atmosferis dan harganya murah.
Volume shell = H D 4
2
= 3D 4
D = 3Vshell 4
= 3204,4025 x 4
= 6,00 m
= 236,156 in
H = 6,00 m
Volume dish = 0,000049 Ds3
Dimana:
Ds = diameter shell, in
Vdish = 0,000049 x (236,156)3
= 645,3488 ft3
Vsf = 144
sf D
4
2
diambil sf = 2
Vsf = 144
2x ) 236,156 ( x
4
2
= 608,046 ft3
Sehingga,
Vhead = 2 ( Vdish + Vsf )
= 2 x (645,3488 + 608,046)
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
= 2.506,7887 ft3
= 70,99 m3
Vnetraliser = Vshell + Vhead
= 204,4025 m3 + 70,99 m3
= 275,3948 m3
Volume bottom = 0,5 x 70,99 m3 = 35,5 m3
Volume cairan dalam shell, Vc = 204,4025 – 35,5 = 168,9064 m3
Tinggi cairan dalam shell, L = 2D.
Vc.4
= 2)6(
9064,1684
x
x
= 5,98 m
3. Menghitung Tebal Dinding Netraliser (Shell)
Dipilih dinding dengan jenis Stainless Steel SA 302, Grade A
tS = P.6,0E.f
r.P
+ C (brownell, 1959)
Dimana : tS = tebal dinding tangki minimum, in
P = tekanan design, psi
r = jari-jari tangki, in = 118,078 in
f = tekanan maksimum yang diijinkan = 18.750 psi
E = effisiensi penyambungan = 0,85
C = faktor korosi, 1/8 in = 0,125 in
P design = P reaksi + P hidrostatis
P reaksi = 1 atm = 14,7 psi
Phidrostatis = xhgc
gcamp dimana g/gc = 1
H = tinggi cairan = 5,98 m = 19,62 ft
Jadi Phidrostatis = 1.330,9663 kg/m3 x 5,98 m
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
= 7.959,35 kg/m2
= 11,297 psi
P design = 14,7 + 11,297 = 25,99 psi
tS = 125,099,256,085,0750.18
078,11899,25
xx
x
= 0,3178 in
Dipilih tebal standar 8
3 in
OD = ID + 2 tS
= 236,156 + 2 x 0,375
= 236,792 in
Standarisasi dari tabel 5.7 Brownell, hal.90, didapat:
OD = 240 in ; icr = 14,4375 in ; r = 180 in
4. Menghitung Ukuran Head
Untuk menghitung tebal head digunakan persamaan:
tH = CP.1,0E.f
r.P.885,0
= 125,099,251,085,0750.18
078,11899,25885,0
xx
xx
= 0,2955 in
Dipilih tebal standar 16
5 in
OD = ID + 2 tH
= 236,156 + 2 x 0,3125
= 236,7813 in
Standarisasi dari tabel 5.7 Brownell, hal.91, didapat:
OD = 240 in ; icr = 14,4375 in ; r = 180 in
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
a = 0,5 x ID
= 0,5 x 236,156 in = 118,0781 in
AB = a - icr
= 118,0781 – 14,4375 = 103,6406 in
BC = r – icr
= 180 – 14,4375 = 165,5625 in
AC = 22 )AB()BC(
= 22 )6406,103()5625,165(
= 129,1107 in
b = r – AC
= 180 – 129,1107 = 50,8893 in
Dari tabel 5.8 Brownell, hal.93, didapat sf = 2 in
OA = tH + b + sf
= 0,3125 + 50,8893 + 2 = 53,2018 in = 1,3513 m
Jadi tinggi netraliser total = 7,3315 m
5. Menghitung Ukuran dan Power Pengaduk
Digunakan pengaduk jenis turbin dengan 6 sudu (six Blades Turbine),
karena turbin memiliki range volume yang besar dan dapat digunakan untuk
kecepatan putaran yang cukup tinggi
Data pengaduk diperoleh dari Brown “Unit Operation “ hal. 507.
Ukuran pengaduk:
Diameter pengaduk (Di)
Di = 3
ID =
3
6 = 2 m = 6,5599 ft
Tinggi pengaduk (W)
W = 5
Di =
5
2 = 0,3999 m
Lebar pengaduk (L)
L = 4
Di =
4
2 = 0,4 m
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Lebar baffle (B)
B = ID/12 = 6/12 = 0,5 m
Jarak pengaduk dengan dasar tangki (E)
Di
E = 0,75 – 1,3; dipilih 1
E = 1 x Di = 1 x 1,9995 = 1,9995 m
Kecepatan putar pengaduk (N)
N = d.
600
d.2
WELH (Rase, 1977)
WELH = ZL x Sg
Dimana: N = kecepatan putar pengaduk, rpm
d = diameter pengaduk, ft
ZL = tinggi cairan dalam tangki, ft
Sg = specific gravity
WELH = Water Eqiuvalent Liquid Height, ft
Kecepatan ujung pengaduk 600-900 rpm (pheriperal speed) (Rase, 1977)
ρcairan = Fv
Massatotal
= jamm
jamkg
/0282,17
/976,663.223
= 1.330,9663 kg/m³ = 83,159 lb/ft3
Sg =
air
cairan =
3/000.1
3/9663,330.1
mkg
mkg = 1,33
ZL = tinggi cairan dalam shell (L) = 5,9984 m
WELH = 1,33 x 5,9984 m = 7,9836 m = 26,1930 ft
Jumlah pengaduk = ID
WELH =
6
9836,7 = 1,3310 ≈ 1 buah
Kecepatan putar pengaduk:
N = ftx
menitft
5599,6
/600
ftx
ft
5599,62
1930,26
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
= 41,1580 rpm = 0,6860 rps
Menghitung Power Pengaduk (P)
Dari Brown “Unit Operations” hal.508 diperoleh persamaan:
P = C
33
g
d.N..Np
Dimana : P = daya pengaduk, lb.ft/s
Np = power number
N = kecepatan putar pengaduk = 0,6860 rps
ρ = densitas campuran = 83,1588 lbm/ft3
d = diameter pengaduk = 6,5599 ft
gC = gravitasi = 32,17 ft.lbm/s2.lbf
µ campuran= 7,0985 cP = 4,77.10-3 lb/s.ft
NRe =
.d.N 2
= 3-4,77.10
83,1588)5599,6(6860,0 2 xx
= 20.748,587
Dari fig. 477 Brown, hal.507, diperoleh Np = 3
P = lbfslbmft
ftxrpsxftlbmx
./.17,32
)5599,6()6860,0()/1588,83(62
533
= 30.378,4390 ft.lbf/s = 55,2335 Hp
Effisiensi motor penggerak (η) = 88 %
Daya penggerak motor =
P
= 88,0
2335,55 = 62,7654 Hp
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Maka dipakai motor dengan daya = 70 Hp (NEMA)
6. Perancangan Koil Pendingin
Menghitung Koefisien Transfer Panas
Nilai koefisien perpindahan panas, dapat dipakai persamaan pada eq. 20.4
Kern, p.722.
hC = Dt
k.87,0
3/22 .N.L
3/1
k
.Cp
14,0
w
Dimana, 14,0
w
= 1
hC = koefisien transfer panas cairan, Btu/jam.ft2.°F
Dt = diameter tangki = 19,68 ft
k = konduktivitas panas = 0,38 Btu/jam.ft.°F
Cp = kapasitas panas larutan = 1 btu/lb.°F = 1 kkal/kg.°C
L = dimeter putar pengaduk = 6,5599 ft
N = kecepatan putar pengaduk = 41,1580 rpm = 0,6860 rps = 2.469,4786 rph
ρ = densitas campuran = 83,1588 lb/ft3
µ = viskositas campuran = 4,77.10-3 lb/s.ft = 3,5 lb/jam.ft
µw = viskositas air
3/22 .N.L
= 3/2
32
./5,3
/1588,83./4786,469.2.)5599,6(
ftjamlb
ftlbjamft = 18.542,11128
3/1
k
.Cp
=
3/1
../38,0
./5,3../1
FftjamBtu
ftjamlbFlbBtu = 2,096
hC = ft
FftjamBtux
68,19
../38,087,0 x 18.542,11128 x 2,096
= 652,938 Btu/jam.ft2.°F
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Menghitung Kebutuhan Air Pendingin
Sebagai pendingin digunakan air dengan suhu masuk (T1) = 30°C (86°F)
dan suhu keluar (T2) = 40°C (104°F)
Tf = 2
10486 = 95°F
Sifat-sifat air pada Tf = 95°F adalah:
ρ = 1.018,27 kg/m3 = 62,0729 lb/ft3
µ = 0,733 cP = 1,936 lb/ft.jam
Cp = 1,048 kkal/kg.°C = 1,048 Btu/lb.°F
k = 0,356 Btu/jam.ft2.°F
Qp = 6.439.033 kkal/jam = 25.550.942 btu/jam
Kebutuhan air pendingin, Wt = )TT.(Cp
Qp
12
= CCkgkkal
jamkkal
)3040.(./048,1
/ 6.439.033
= 614.411,52 kg/jam
= 1.354.777,4 lb/jam
Debit air pendingin, Fvp =
Wt
= 3/0729,62
/52,777.354.1
ftlb
jamlb
= 21.825,586 ft3/jam
Menghitung Luas Penampang Aliran (A)
Harga kecepatan untuk cairan dalam pipa = 1,5 – 2,5 m/s (Coulson, 2005).
Dipilih harga kecepatan cairan (v) = 2,5 m/s = 29.527,5591 ft/jam
A = v
Fvp =
4
(ID)2
ID = v.
Fvp.4
= jamftx
jamftx
/5591,527.29
/ 21.825,5864 3
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
= 0,97 ft = 0,296 m = 11,647 in
Dipakai koil standar 12 in. Dari table 11, Kern hal.844. Sehingga didapat:
OD = 12,75 in = 1,0625 ft
ID = 12,09 in = 1,0075 ft
Luas penampang, A’ = 115 in2 = 0,7986 ft2
Luas perpindahan panas/panjang, A” = 3,338 ft2/ft
Menghitung Mass Velocity (V)
Gt = 'A
Wt
= 27986,0
/ 41.354.777,
ft
jamlb
= 1.275.084,6 lb/jam.ft2
V =
Gt
= 3
2
/0729,62
./ 61.275.084,
ftlb
ftjamlb
= 20.541,728 ft/jam = 5,706 ft/s
Menghitung hi dan hi0
Re dalam pipa, Ret =
IDxGt
= ftjamlb
ftjamlbftx
./936,1
./ 61.275.084,0075,01 2
= 663.557,72
Untuk T = 95°F diperoleh hi = 1.500 Btu/jam.ft2.°F. Dari fig. 25, Kern.
hi0 = hi x OD
ID
= 1500 Btu/jam.ft2.°F x ft
ft
0625,1
0075,1
= 1.422,3529 Btu/jam.ft2. °F.
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Menghitung Harga LMTD
Suhu reaktor masuk = 55°C = 131°F
Suhu reaktor keluar = 55°C = 131°F
Suhu air masuk = 30°C = 86°F
Suhu air keluar = 40°C = 104°F
LMTD =
86131
104131Ln
)86131()104131(
= 35,2371°F
Menghitung Uc dan Ud
Clean Overall Coefficient (Uc)
Uc = 0
0
hihc
hcxhi
= FftjamBtu
FftjamBtuFxftjamBtu
../)3529,422.1938,652(
../3529,422.1../938,6522
22
= 447,5077 Btu/jam.ft2.°F
Rd
Rd = UcxUd
UdUc
= FftjamBtu
FftjamBtuFftjamBtu
../)1505077,447(
../150../5077,4472
22
= 0,00443 Btu/jam.ft2. °F
Menghitung Luas Perpindahan Panas
A = UdxLMTD
Qp
= FFxftjamBtu
jamBtu
2371,35../150
/ 25.550.9422
= 4.834,1022 ft2
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Menghitung Panjang Koil
L = "A
Adesain
= ftft
ft
/338,3
4.834,10222
2
= 1.448,2032 ft
Menentukan Jumlah Lengkungan Koil
Diameter helix, DC = 0,8 x (ID reaktor) = 0,8 x 6 m = 4,799 m
AB = DC = 4,799 m
Jarak antar gulungan koil, y = 0,5 x OD koil = 0,5 x 1,0625 ft = 0,53125 ft
BC = y = 0,53125 ft = 0,162 m
AC = 22 )BC()AB(
= 22 )162,0()799,4(
= 4,8014 m
Keliling busur AB = ½ x π x AB = ½ x π x 15,7397 ft = 24,711 ft
Keliling busur AC = ½ x π x AC = ½ x π x 15,749 ft = 24,725 ft
Keliling lingkaran koil = keliling busur AB + keliling busur AC
= 24,711 ft + 24,725 ft
= 49,4368 ft
Jumlah lengkungan koil (N) = 4368,49
2031,448.1
= 29,294 ≈ 30 lilitan
y
C
B A
DC
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Tinggi tumpukan koil = y x N = 0,162 ft x 30 =5,345 m
Tinggi cairan setelah ada koil (ZC)
ZC = Areaktor
VkoilVcairan
= 2
2
xIDx25,0
)xLxODx25,0(Vc
= 2
23
)6(25,0
)4123,441)32385,0(25,0(9064,168
mxx
mxmxxm
= 7,267 m
Menghitung Pressure Drop Koil
Faktor friksi, f = 0,0035 + 42,0
t )(Re
264,0
(Kern, p.53)
= 0,0035 + 42,0663.557,72
264,0
= 4,447.10-3
∆P = txIDxSx10.22,5
xLfxGt10
2
Dimana : S = spesifik gravity = 62,158 lb/ft3
L = panjang koil = 1.448,2032 ft
Gt = 1.275.084,6 lb/jam.ft2
f = factor friksi = 4,447.10-3
фt = 19,0
W
= 1
∆P = 1158,620075,110.22,5
1.448,2032) 61.275.084,(3-4,447.1010
2
xxx
xx = 3,2031 psi
Syarat ∆P cairan dalam tube < 10 psi, maka ∆P = 3,2031 psi memenuhi syarat.
DIAGRAM ALIR PROSES
PABRIK SODIUM DODEKILBENZEN SULFONAT DENGAN PROSES SULFONASI OLEUM
KAPASITAS 120.000 TON/TAHUN
P
Reaktor
KETERANGAN ALAT
M
R
V
E
E
N
H
F
Pompa
Mixer
Eviaporator
Heater
Cooler
Netraliser
Decanter
Tangki
CW Cooling Water
L
Reaktor
FC Flow Control
DOSEN PEMBIMBING:
1. Dr Ir.AHMAD M.FUADI,MT.
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH
SURAKARTA
GAMBAR :
DIAGRAM ALIR PROSES
PABRIK SODIUM DODEKILBENZEN SULFONAT
DENGAN PROSES SULFONASI OLEUM
KAPASITAS 120.000 TON/TAHUN
DIKERJAKAN OLEH :
WAWAN KURNIAWAN
D 500100026
Udara Tekan
KETERANGAN
VM
LC
TC
LI
Nomor arus
Temperatur, °C
Kontrol Valve
Arus Utama
Suplai Listrik
Volumeter
Level Control
Temperatur Control
Level Indicator
Tekanan, atm
ALAT
2. ROIS FATONI ST, M.Sc, PhD
F Bin
L-03
CW
TC
R-01
LC
R-02
TC
R-03
TC
F-01LI
L-01
F-02LI
L-02
LC LC
L-04
L-05
L-07
CW
L-06
F-03LI
V
LI F-04
LI F-05
SteamHW
CW
TC
LC
1
30
1
1
2
30
3c
46
1
6
321
4
30
1
9
30
1
13
110
1
12
110
1
VM
VM
VM
FC
FC
FC
L-09
32
E-06
Steam
Steam
E-05
Steam E-02
E-01
UPL
C
C
CW CW
1
TC
TC
TC
TC
TC
1
46
1
46
1
55
3a
46
1
3b
46
1
Steam
C
E-04C
N-01
TC
LC
11
55
1
L-08
55
1
LC
10
30,9
1
M-02
1
8
30
H LC
7
32
1
32
1
5
55,8
1
CW
HW
E-03
TC
M-01
LC
L-10
L-11
top related