REAKTOR DALAM HYSYSCONVERSION, EQUILIBRIUM, CSTR, PFR

CONVERSION REACTOR

Simulasi Conversion reactor dalam HYSYS dilakukan dengan menetapkan nilai konversi dari suatu reaksi. Reaktor jenis

ini lebih mudah untuk mencapai konvergensi dibandingkan dengan reaktor CSTR dan PFR. Contoh simulasi conversion

reactor adalah seperti contoh kasus berikut ini.

Kegiatan produksi hydrogen dari hidrokarbon telah meningkat secara signifikasn dalam beberapa decade terakhir.

Konversi dari bahan bakar (gas metana) menjadi hydrogen dapat dilangsungkan secara oksidasi parsial. Metode ini

melibatkan pembakaran metana dengan oksigen untuk menghasilkan karbondioksida dan hydrogen, seperti reaksi berikut:

CH4 + ½ O2 → CO + 2H2 (1)

CH4 + O2 → CO2 + 2H2 (2)

CONVERSION REACTOR

Dimana konversi reaksi 1 adalah 40% (basis CH4) dan reaksi 2 adalah 60% (basis CH4). Buatlah simulasi dari reaksi di

atas dengan spesifikasi reaktan masuk kedalam reaktor seperti berikut ini.

Spesifikasi Metana Oksigen

Suhu (°C) 25 25

Tekanan (bar) 2 2

Laju Alir (kmol/ hr) 100 260

Mol Fraksi

Metana 1 0

Oksigen 0 1

CONVERSION REACTOR

1. Buka program HYSYS dan pilih semua komponen yang

terlibat dalam proses seperti pada reaksi. Gunakan Fluid

Package Peng-Robingson

2. Klik pada pilihan “Reaction”,

CONVERSION REACTOR

3. Klik add → add reaction (akan muncul tampilan baru)

→ Conversion dan akan mucul pilihan Rxn-1 pada active

reaction.

4. Klik 2x pada Rxn-1, dan kita bisa mengisikan komponen,

koefisien reaksi dan konversi yang ingin dicapai dari reaksi

tersebut

CONVERSION REACTOR

5. Setelah kedua reaksi ditambahkan, klik pada pilihan Add to

FP → Add Set to Fluid Package, dan notifkasi berubah

dari kuning menjadi hijau (Ready), lalu masuk kehalaman

simulasi.

6. Buatlah aliran sesuai dengan spesifikasi diatas, kemudian

hubungkan dengan reactor konversi (bisa ditemukan pada

bagian column)

7. Klik 2x pada icon reactor → Reaction, pada Reaction Set

pilih Set-1

8. Untuk melihat produk keluaran reaksi, klik Worksheet→

Condition atau Composition.

EQULLIBRIUM REACTOR

Reaktor equilibrium adalah reactor untuk memodelkan reaksi kesetimbangan. Aliran

keluar dari reactor ini berada pada keadaan setimbang secara kimia dan fisika. Jumlah

Set reaksi yang dimasukan dalam model operasi reactor ini bisa tak terbatas, dimana

akan diselesaikan oleh HYSYS secara simultan maupun sekuensial. Pada model

reactor ini setiap komponen ataupun proses mixing tidak harus terjadi secara ideal,

karena HYSYS dapat menghitung aktifias kimia dari setiap komponen dalam

campuran berdasarkan fugasitas campuran maupun komponen murni.

EQULLIBRIUM REACTOR

CASE:

A feed stock of pure n-butane (100 kmol/hr) is cracked at 750 K and 1.2 bar to produce olefin.

Only two reactions have favorable equilibrium conversions at these conditions:

C4H10 → C2H4 + C2H6 (I)

C4H10 → C3H6 + CH4 (II)

If these reactions reach equilibrium, what is the product composition? Use Peng-Robinson

Fluid Package

Note : Langkah-langkah dalam menyelesaikan simulasi ini sama dengan pada conversion reactor,

hanya berbeda pada pemilihan jenis reaksi

EQULLIBRIUM REACTOR

1. Tambahkan reaksi dengan cara

seperti conversion reaktor, tetapi

kali ini pilih equilibrium reaction

EQULLIBRIUM REACTOR

2. Hasil inputan reaksi 1

3. Tambahkan juga untuk reaksi 2

4. Jika sudah selesai, klik “Add

to FP” dan masuk pada

halaman simulasi

EQULLIBRIUM REACTOR

1. Buatlah simulasi sederhana

seperti gambar dibawah

2. Masukan reaksi pada tab

“Reaction” dan pilih “SET-1”

3. Atur kondisi operasi pada tab

“worksheet”

CSTR REACTOR

Reaktor CSTR mengambil asumsi terjadi pencampuran sempurna pada setiap bagian volume reactor dan kondisi aliran

keluar sama dengan kondisi didalam reactor. Reaksi yang dapat digunakan untuk permodelan jenis reactor ini adalah

reaksi kinetic dan heterogen katalisis

Pada reactor CSTR, konversi dari reactor juga dipengaruhi oleh volume reactor, sehingga informasi geometri volume

harus diberikan. Tergantung dari geometri reactor, paling tidak 2 informasi harus diberikan, baik berupa volume, tinggi

atau diameter

Data inputan yang diperlukan

CSTR REACTOR

Propylene Glycol dapat dihasilkan dari reaksi antara Propylene Oxide dengan air seperti di bawah ini:

C3H6O + H2O → C3H8O2

Dengan data kinetika reaksi sebagai berikut :

A = 1.7 x 1013

E = 3.24 x 104 (Btu/lbmol)

dengan basis unit dalam lbmol/ft3 dan rate unit dalam lbmol/ ft3 jam. Propylene Oxide (150 kmol/jam) dan

air (200 kmol/jam) pada suhu 25 C dan 101.3 kPa. masuk kedalam reactor melalui 2 aliran yang berbeda

yang kemudian akan dicampur menggunakan mixer. Reaktor CSTR beroperasi pada tekanan 101.3 kPa

dan 25°C dengan volume 5 m3. Berapa rate Propylene Glycol yang dihasilkan? Pilih UNIQUAC sebagai

fluid package.

CSTR REACTOR

Estimasi Parameter Interaksi Biner yang belum tersedia

Nilai BIP belum lengkap

CSTR REACTOR

Estimasi Parameter Interaksi Biner yang belum tersedia

• Nilai BIP yang belum tersedia dapat di estimasi dengan 3 pilihan metode

• UNIFAC VLE, LLE atau immicisble solution

• Pada kasus ini kita pilih UNIFAC VLE

• Klik pada unknowns only

CSTR REACTOR

• Berikan inputan reaksi

dengan terlebih dahulu

memilih jenis reaksi

“Kinetics”, dan inputkan

seperti berikut

• Nilai Forward order untuk

H2O adalah 0 karena H2O

diberikan secara berlebih

sehingga rate reaksi hanya

tergantung pada konsentrasi

propylene oxide

CSTR REACTOR

• Buatlah PFD seperti ganbar berikut

• Cara memasukan reaksi dalam operasi

reaktor sama dengan reaktor konversi

• Untuk memasukan volume reaktor, klik

pada “Rating”→ “Sizing”

CSTR REACTOR

• Karena reaktor beroperasi pada keadaan

isothermal (25 C), pada worksheet isikan

25 C untuk suhu aliran 5 atau 4

• Koversi reaksi dapat dilihat pada tab

“Reaction”→ “Result”

• Setelah konvergen cobalah untuk menaikan

suhu reaksi menjadi 75 C, lalu cek

konversi dari reaksi.

PFR REACTOR

Sebagai tambahan untuk reactor CSTR, tipe reactor lain yang umumnya digunakan dalam industry adalah

PFR. Reaktor ini tersusun dari sebuah pipa silinder dan pada normalnya beroperasi secara steady state

seperti reactor CSTR. Reaktor PFR pada umumnya digunakan untuk reaksi pada fase gas.

Pada simulasi PFR dengan HYSYS, jenis reaksi yang bisa dipilih adalah kinetic dan heterogen katalisis.

Sama seperti pada CSTR, nilai konversi dari reactor PFR juga dipengaruhi oleh volume reactor, sehingga

informasi tentang geometri reactor harus kita sediakan.

PFR REACTOR

Untuk reaksi dibawah ini, reactor yang dipilih adalah PFR. Kondisi operasi dari reaktor ditentukan pada suhu 400°C,

dan pressure drop dari reaktor dihitung dengan persamaan Ergun. Sebelum masuk kedalam reaktor, aliran feed yang

telah dicampur dipanaskan terlebih dahulu sampai suhu 130°C. Kondisi feed awal untuk CO pada suhu 25°C, tekanan

101.3 kPa dan laju alir 100 kmol/jam. Sedangkan H2O pada kondisi suhu 120°C, tekanan 101.3 kPa dan laju alir 350

kmol/jam. Volume reaktor yang digunakan adalah 7 m3 dengan diameter 5 m dan jumlah tube 8.

CO (g) + H2O (g) → H2 (g)+ CO2 (g)

Data kinetika reaksi disajikan sebagai berikut :

Basis : fraksi mol dari CO, dengan unit laju kgmol/ m3 s.

Forward reaction : A = 5.9 x 108, E = 1.2 x 105 kJ/kmol.

Pilih NRTL sebagai fluid package dan Peng-

Robinson untuk model vapor

PFR REACTOR

Pilih NRTL sebagai fluid package dan Peng-

Robinson untuk model vapor

PFR REACTOR

Estimasi Parameter Interaksi Biner yang belum tersedia

PFR REACTOR

• Berikan inputan reaksi

dengan terlebih dahulu

memilih jenis reaksi

“Kinetics”, dan inputkan

seperti berikut.

• Basis : Mole Fraction

• Reaction Phase pada Vapor

phase

PFR REACTOR

• Pressure drop pada reaktor

dapat diinputkan secara

langsung atau bisa diestimasi

dengan menggunakan

persamaan Ergun

PFR REACTOR

• Geometeri Reaktor dapat

diinputkan sebagai berikut

• Volume : 7 m3

• Diameter 0.5 m

• Jumlah Tube : 8

PFR REACTOR

• Atur suhu keluar reaktor pada

suhu 400 C dengan

memberikan input suhu aliran

5.