View
513
Download
38
Category
Preview:
DESCRIPTION
about CSTR and PFD reactor, how to calculate the rest time, pressure drop, reactor conversion. Also the corelation between two reactors in seri and paralel.
Citation preview
DISAIN REAKTOR DISAIN REAKTOR ISOTERMALISOTERMAL
Reaktor Batch, CSTR, PFRReaktor Batch, CSTR, PFRPBR: Pipa, BolaPBR: Pipa, BolaReaktor MembranReaktor MembranMicroMicro--ReactorReactorPemodelan Reaktor dr Fenomena AlamPemodelan Reaktor dr Fenomena Alam
21. Neraca MOL dlm bentuk
KONVERSI
AlgoritmaAlgoritma disaindisainreaktorreaktor isotermalisotermal
32. Neraca MOL dalam bentuk
MOL FLOWRATE
AlgoritmaAlgoritma disaindisainreaktorreaktor isotermalisotermal
4DISAIN REAKTOR ISOTERMALNeraca mol :
lajualir jmasuksistemmol waktu
lajugenerasijolehreaksikimia
mol waktu
lajualir jkeluarsistemmol waktu
lajuakumulasijdalamsistemmol waktu( / ) ( / ) ( / ) ( / )
+
=
Fjo + Gj - Fj = dNj/dt (1)
I. REAKTOR BATCH Pers. disain reaktor BATCH diturunkan dari neraca mol
pers. (1):1
VdN
dt rA
A
= (2)
atau untuk fasa liquid (V=Vo),dC
dt rA
A
= (3)
5 Hukum laju untuk reaksi irreversibel order 2: -rA = k.CA2 (4)
Kombinasi pers.(3) dan (4) diperoleh :
t = 1/k.(1/CA 1/CAo) (5)
Waktu yang diperlukan untuk satu siklus Batch (tt) :
tt = tf + te + tc + tu + t (6)
dengan: tf : waktu pengisian te : waktu pengosongan tc : waktu pembersihan tu : waktu pemanasan/pendinginan awal, dll t : waktu reaksi
6ContohContoh soalsoal disaindisain Reaktor BatchReaktor Batch
Pers. Disain reaktor Batch : (utk fasa cairan)
Pers. Laju utk reaksi order satu : Dari kedua pers. di atas diperoleh :
Jika diketahui k = 0,311/men dan x = 0,8 maka :t = 5,175 menit 5 menit.
Jika diketahui tf, tc, te , dan tu = 10, 10, 5, dan 5 men, maka:
Jumlah reaktor Batch = tt/t = 7 buah
dtdCr AA =
AA Ckr .=
= xkt 11ln1
7 Reaksi : A + B C , atau
Bila dikehendaki produk C = 200 juta lb/tahun, FC = 6,137 lbmol/menit = FAo.X , maka :Fao = 7,67 lbmol/menit.
Jumlah mol A yg dimasukkan ke R. Batch (MA) :MA = (7,67 lbmol/men) x (5 men) = 38,35 lbmol
Jika CAo = 1 lbmol/ft3 , maka volume A (VA) :VA = MA/CAo = 38,35 ft3
Jika diasumsi VA = VB , maka Vol. Reaktor Batch (VR ) = VA + VB = 76,7 ft3 = 2,2 m3 .
Jika Reaktor Tangki Silinder, dengan D = 1 meter, maka L = 2,8 meter.
22242 )(42 OHCHOHOHCSOH +
8PenjadwalanPenjadwalan OperasiOperasi Reaktor BatchReaktor Batch
Waktu, men 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90tf = 10 mentu = 5 ment = 5 mente = 5 mentc = 10 men
Keterangan: = Reaktor - 1 = Reaktor - 4 = Reaktor - 6= Reaktor - 2 = Reaktor - 5 = Reaktor - 7= Reaktor - 3
9II.REAKTOR CSTR
Persamaan disain reaktor CSTR diturunkan dari neraca molpers. (1):
VF X
rAo
A exit
= .
( )(7)
Jika V tidak berubah dengan reaksi, V vC C
roAo A
A
=
. (8)
Waktu tinggal (space time) : = = Vv
C Cro
Ao A
A(9)
Untuk reaksi irreversibel order satu, = C Ck CAo A
A.(10)
10
CC
kAAo= +( )1 (11)
Xk
k= +
( )1 (12)
Vv X
k Xo= .
( )1 (13)
k = Da = Bilangan DAMKOHLER, untuk estimasiderajat konversi
Untuk reaksi irreversibel : - order 1 Da = k- order 2 Da = k CAo.
Da XDa X
< >
0 1 10%10 90%,
11
(a). Reaktor CSTR Seri
Konsentrasi A dari reaktor 1 : )k(CC AoA
111 1 +=
Neraca massa di reaktor 2:( )
22
21
2
212
A
AAo
A
AA
C.kCCv
rFFV
==
)k)(k(C
)k(CC AAA
2211
0
22
12 111 ++=+=
-rA1V1
-rA2V2
CAo CA1X1
CA2X2
12
Jika
Maka : nAo
An )k(CC += 1 (14)
dan n)k(X += 1
11 (15)
n = jumlah reaktor yang dipasang seri
(b). Reaktor CSTR Paralel
Vi = V/n
k....kk....======
21
21
(16)
13
Profil CSTR-seri utk Reaksi order satu & Isotermal
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 5 10 15 20 25 30
Jumlah Reaktor
K
o
n
v
e
r
s
i
,
-
Da = 0.1
Da = 0.5
Da = 1
Da = 10
14
CSTR - SERI - Isotermal
0100200300400500600700800900
1000
0 5 10 15 20 25Jumlah Reaktor
V
o
l
u
m
T
o
t
a
l
,
c
u
f
t
X = 0.2
X = 0.5
X = 0.8
X = 0.95
k=0,311/menvo=15,34 cuft/men
15
III. REAKTOR TABUNG
Persamaan disain PFR :
FAo(dX/dV) = - rA (17)
Untuk reaksi elementer order 2 :
Untuk P dan T konstan dan reaksi fasa gas,
+=
XXCC AoA 1
1
++++=
)X(X)(
X)Xln()(Ac.C.k
vL
Ao 11
1122
20
(18)
= xA
AoC.kdXFV
02
dX)X(C.k
)X(FVx
AAo += 0 220
2
11
Minggu III
16
Reaktor PFR
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Panjang Reaktor, L (m)
K
o
n
v
e
r
s
i
,
X
A --> B/2 (eps=-0.5)
A --> B (eps=0.0)
A --> 2B (eps=2.0)
A --> 3B (eps=2.0)
Pengaruh Pengaruh pada PFRpada PFR
17
PerbandinganPerbandingan 1 1 buahbuah CSTR dan PFRCSTR dan PFR
18
PerbandinganPerbandingan N N buahbuah CSTR dan PFRCSTR dan PFRuntukuntuk Reaksi Order Reaksi Order SatuSatu
19
PerbandinganPerbandingan N N buahbuah CSTR dan PFRCSTR dan PFRuntukuntuk Reaksi Order Reaksi Order DuaDua
20
Recycle ReactorRecycle Reactor padapada PFRPFRuntukuntuk Reaksi Order Reaksi Order SatuSatu
21
Recycle ReactorRecycle Reactor padapada PFRPFRuntukuntuk Reaksi Order Reaksi Order DuaDua
22
CSTR CSTR ??????
23
24
25Mau simulasi ....???Mau simulasi ....???
Example 4-4 (H.S. Fogler)
Perbandingan Satu buah CSTR dan PFR
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Konversi, X
V
o
l
u
m
e
,
V
[
c
u
f
t
]
CSTR
PFR
Mencari Volume Reaktor
0
100
200
300
400
500
600
700
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
X
F
A
o
/
(
-
r
A
)
26
350 K 200 dm3
Reaksi: A + B C (fasa cair)-rA = k.CA ; k = 0.315/min
27
Pressure drop dalam reaktor
Untuk reaksi fasa liquid, konsentrasi reaktan tidak tergantung padatekanan total efek pressure drop dapat diabaikan untuk disainreaktor.
Untuk reaksi fasa gas, konsentrasi reaktan tergantung pada tekanan total(Pt) efek pressure drop sangat berpengaruh pada disainreaktor.
Jika P Po (ada P), pers. Disain reaktor PFR harus dalam bentukdiferensial :
'AAo rdW
dXF = (gmol/g-kat.men.) (19)
28
Pers. Laju untuk reaksi order satu A B adalah:
+==
TTo
PoP
)X()X(C.kC.kr AoA
'A 1
1(20)
Dari pers.(19) dan (20), untuk operasi isotermal :
PoP
)X()X(
vk
dWdX
+=
11
0atau:
(21)
)P,X(FdWdX
1=
Dari neraca momentum, pressure drop aliran gas dalam tumpuka padatandapat dihitung dengan pers. ERGUN :
+
= G.Dp
)(Dp.g.
GdLdP
c
75111501 3
(22)
Untuk reaktor unggun : W = (1-).Ac.L.c , maka pers.(22) menjadi:
+
=cc .Ac
G.Dp
)(Dp.g.
GdWdP
1751115013 (23)
29
Kasus I : Jika densitas konstan
Dari pers.(22), maka diperoleh : =dLdP
PoL.
PoP = 1 atau :
Ac.PoV.
PoP = 1 (24)
atau
W.PoP = 1 (25)
dengan c).(Po.Ac
= 1
30
Kasus II : Jika densitas fungsi tekanan
PoP
XTTo
+
=1
10
maka diperoleh :
)X()Po/P(
PoToT
dWdP += 1
2
(26)
atau : )P,X(FdWdP
2=
dengan :c).(Po.Ac
= 12 0
Jika 0= , maka diperoleh : 211 /)W.(PoP = (27)
Contoh : Fogler , Example 4-5 Example 4-6 Example 4-7
31
Profil Pengaruh Diameter Katalis
dp
X
-p
32
Mole Balance
Stoichiometry
Cross-sectional Area
Pressure Drop Equations
33
Profil X, y, dan W pada Reaktor PIPA
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80
z pipa, ft
X
d
a
n
y
0
10
20
30
40
50
60
70
W
,
l
b
XyW (lb)
Profil X, y, dan W pada Reaktor BOLA
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8
z, ftX
d
a
n
y
0
20
40
60
80
100
120
140
160
W
,
l
b
X
y
W (lb)
H A S I L S I M U L A S I
Example 4-7 (H.S. Fogler)
Mau simulasi ....???Mau simulasi ....???
Recommended