PERANCANGAN REAKTOR AMMONIA DARI HIDROGEN DAN NITROGEN

Fungsi alat: Mereaksikan gas H2 dan N2 menjadi NH3 (ammonia).Jenis alat: Multibed CatalyticKondisi operasiSuhu: 400 530 0CTekanan: 150 atmFase: gasReaksi yang terjadi :N2 + 3H2 2NH3 H = -91858 kJ/kmolKatalis: Besi oksida

Alasan pemilihan reaktor Multibed catalytic : Reaksi yang berlangsung adalah fase gas dengan katalis padat. Kenaikan suhu selama reaksi berlangsung masih dalam interval suhu reaksi sehingga reaktor tidak memerlukan sistem khusus untuk perpindahan panas. Pressure Drop gas pada fixed bed lebih kecil dibandingkan dengan reaktor fluidized bed. Pengendalian suhu relatif lebih mudah jika dibandingkan dengan reaktor fluidized bed. Tidak perlu pemisahan katalis dari gas keluaran reaktor. Konstruksi reaktor lebih sederhana jika dibandingkan dengan reaktor fluidized bed sehingga biaya pembuatan, operasional, dan perawatannya relatif murah.

Asumsi : Reaktor fixed bed dengan diameter besar dan diisolasi sempurna, sehingga panas yang hilang ke sekeliling kecil, dapat dianggap adiabatik. Gradien konsentrasi dan suhu ke arah radial relatif kecil (asumsi beda suhu dan konsentrasi hanya ke arah memanjang/ longitudinal). Dengan kecepatan aliran gas besar dan tumpukan katalisator tebal, maka dispersi aksial untuk panas ataupun massa dapat diabaikan. Jika kecepatan aliran gas di seluruh reaktor fixed bed sama dapat dianggap plug flow, sehingga tiap molekul gas mempunyai waktu tinggal yang sama di dalam reaktor.

Ditinjau suatu elemen volum dalam reaktor

Gb.3 Elemen volum

1. Neraca massa N2 pada elemen volum pada keadaan steady state:Rate of input Rate f output = Rate of accumulation

2. Neraca Panas pada elemen volum pada keadaaan steady state :input output + disappearance by reaction = accumulation

Jika diambil z 0, maka diperoleh :

jika maka :

Panas pembentukan produk pada 298 OK (HR0) :

komponenHf (Kj/kmol)

NH3-45929

N20

H20

3. Pressure Drop pada elemen volum Menggunakan persamaan Ergun :

A. TINJAUAN KINETIKAPersamaan laju reaksi pembuatan ammonia dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :

dengan :rNH3= kecepatan reaksi (kmol NH3/jam. m3 katalis)2k= 1.7698 x 1015 exp (-40.765/RT)= 0.87

log K= -2.691122 log T 5.519265 x 10-5 T + 1.848863 x 10-7 T + + 2,6899T= temperatur (K)P= tekanan (atm)R= konstanta gas ideal = 1.987 cal/mol Ky= fraksi mol komponen= koefisien fugasitas komponen.

H2= exp { P - P2 + 300 []

()} N2= 0.93431737 + 0.3101804 x 10-3 T + 0.295896 x 10-3 P 0.2707279 x 10-6 T2 + 0.4775207 x 10-6 P2NH3= 0.1438996 + 0.2028538 x 10-2 T 0.4487672 x 10-3 P 0.1142945 x 10-5 T2 + 0.2761216 x 10-6 P2

B. PERHITUNGANDengan program MATLAB ingin diketahui konversi N2,suhu produk dan tekanan reaktor sebagai fungsi tinggi reaktor.- Jumlah bed : 3- Temperatur masuk: 388 K (115oC)- Tekanan masuk: 150 atm- Komposisi umpan totalKomponenKmol/jam

CH4732,742

H220053,756

N26499,895

Ar150,077

H2O9,176

NH3698,989

Jumlah28144,634

Umpan tersebut dibagi menjadi tiga buah aliran gas yang masing-masing masuk bed 1,bed 2,dan bed 3. Selain sebagai umpan,aliran gas tersebut juga berfungsi sebagai quench dengan tujuan mengontrol temperatur reaktor karena reaksi pembentukan ammonia bersifat eksotermis.1. Perhitungan bed 1- Sebelum masuk bed 1,umpan mengalami pemanasan awal sehingga suhu umpan masuk bed 1 adalah 663 K.- Jumlah aliran yang masuk ke bed 1 adalah 70 % dari umpan total.

- Neraca Massa bed 1 :Komposisi umpan bed 1KomponenkmolFraksi molMassa (kg)

CH4512,9190,026038228,560

H214037,6290,7125328297,053

N24549,9260,23095127458,906

Ar105,0540,005334196,686

H2O6,4230,00033115,717

NH3489,2920,024848332,842

Jumlah19701,2441,00000176629,764

- Program MATLAB untuk bed 1function dYdZ=fungsi(Z,Y)global FAo FBo FCo FDo FEo FFo Xo To Po D Si EPS DPT R Tr %Keterangan Y% Y(1) = X% Y(2) = T% Y(3) = P %Data konstanta kecepatan reaksi, kmol/(jam.m3cat.atm2)k = 0.5*Si*(1.7698e15)*exp(-40765/(R*Y(2)));LK = -2.691122*log10(Y(2))-5.519265e-5*Y(2)+1.848863e-7*Y(2)^2+(2001.6/Y(2))+2.6899;KEQ = 10^LK;VH = exp((exp(-3.8402*(Y(2)^0.125)+0.1541))*Y(3)-(exp(-0.1263*(Y(2)^0.5)-15.98)).... *Y(3)^2+300*(exp(-0.011901*Y(2)-5.941))*(exp(-Y(3)/300)-1));VN = 0.93431737+0.3101804e-3*Y(2)+2.95896e-4*Y(3)-2.707279e-7*Y(2)^2+0.4775207e-6*Y(3)^2;VA = 0.1438996+0.2028538e-2*Y(2)-0.4487672e-3*Y(3)-0.1142945e-5*Y(2)^2+0.2761216e-6*Y(3)^2; FB=FBo-3*FCo*Y(1);FC=FCo*(1-Y(1));FF=FFo+2*FCo*Y(1);sigmamol=FAo+FB+FC+FDo+FEo+FF;xmolA=FAo/sigmamol;xmolB=FB/sigmamol;xmolC=FC/sigmamol;xmolD=FDo/sigmamol;xmolE=FEo/sigmamol;xmolF=FF/sigmamol; RX =k*(KEQ^2*Y(3)^(3/2)*(VN*xmolC*VH^(3/2)*xmolB^(3/2)/(VA*xmolF))-1/Y(3)*(VA*xmolF/.... (VH^(3/2)*xmolB^(3/2))));massaA=FAo*16.0426;massaB=FB*2.0158;massaC=FC*28.0134;massaD=FDo*39.948;massaE=FEo*18.0152;massaF=FF*17.0304;sigmamassa=massaA+massaB+massaC+massaD+massaE+massaF; xmassaA=massaA/sigmamassa;xmassaB=massaB/sigmamassa;xmassaC=massaC/sigmamassa;xmassaD=massaD/sigmamassa;xmassaE=massaE/sigmamassa;xmassaF=massaF/sigmamassa; %Data Cp (kJ/(kmol.K));% Cp = Cp(1)*T^4 + Cp(2)*T^3 + Cp(3)*T^2 + Cp(4)*T + Cp(5);CpA=3.9321E-11*Y(2)^4-1.5303E-07*Y(2)^3+1.9184E-04*Y(2)^2-0.039957*Y(2)+34.942;CpB=-8.7585E-12*Y(2)^4+3.188E-08*Y(2)^3-3.8549E-05*Y(2)^2+0.020178*Y(2)+25.399;CpC=2.5935E-13*Y(2)^4-4.3116E-09*Y(2)^3+1.0076E-05*Y(2)^2-0.035395*Y(2)+29.342;CpD=20.786;CpE=3.6934E-12*Y(2)^4-1.7825E-08*Y(2)^3+2.9906E-05*Y(2)^2-0.0084186*Y(2)+33.933;CpF=1.8569E-11*Y(2)^4-7.1783E-08*Y(2)^3+8.8906E-05*Y(2)^2-0.012581*Y(2)+33.573; IntCpB=(1/5)*-8.7585E-12*(Y(2)^5-Tr^5)+(1/4)*3.188E-08*(Y(2)^4-Tr^4)-(1/3)*3.8549E-05.... *(Y(2)^3-Tr^3)+(1/2)*0.020178*(Y(2)^2-Tr^2)+25.399*(Y(2)-Tr);IntCpC=(1/5)*2.5935E-13*(Y(2)^5-Tr^5)-(1/4)*4.3116E-09*(Y(2)^4-Tr^4)+(1/3)*1.0076E-05.... *(Y(2)^3-Tr^3)-(1/2)*0.035395*(Y(2)^2-Tr^2)+29.342*(Y(2)-Tr);IntCpF=(1/5)*1.8569E-11*(Y(2)^5-Tr^5)-(1/4)*7.1783E-08*(Y(2)^4-Tr^4)+(1/3)*8.8906E-05.... *(Y(2)^3-Tr^3)-(1/2)*0.012581*(Y(2)^2-Tr^2)+33.573*(Y(2)-Tr); DHr=-91858+(2*IntCpF-IntCpC-3*IntCpB); FCp=FAo*CpA+FB*CpB+FC*CpC+FDo*CpD+FEo*CpE+FF*CpF; %Data Viskositas (micropoise)%Konversi ke kg/m.s, dikalikan 10^-6% Vis = Vis(1)*T^2 + Vis(2)*T + Vis(3)VisA=-1.4303e-4*Y(2)^2+4.0112e-1*Y(2)+3.844;VisB=-3.2800e-5*Y(2)^2+2.1200e-1*Y(2)+27.758;VisC=-9.8800e-5*Y(2)^2+4.7500e-1*Y(2)+42.606;VisD=-1.2455e-5*Y(2)^2+6.3892e-1*Y(2)+44.997;VisE=1.6200e-5*Y(2)^2+4.2900e-1*Y(2)-36.826;VisF=-4.4700e-6*Y(2)^2+3.6700e-1*Y(2)-7.874; vis=((xmassaA*VisA)+(xmassaB*VisB)+(xmassaC*VisC)+(xmassaD*VisD)+(xmassaE*VisE)+.... (xmassaF*VisF));Visavg=(vis)*10^(-6); BMRATA=xmolA*16.0426+xmolB*2.0158+xmolC*28.0134+xmolD*39.948+xmolE*18.0152+xmolF*17.0304;RG=0.08205; %m3.atm/(kmol.K)RHO=Y(3)*BMRATA/(RG*Y(2)); %kg/m3ALT=22/7/4*D^2; %m2GTL=sigmamol*BMRATA/ALT*(1/3600); %kg/(m2.s)Us=GTL/RHO; %m/sNRe=DPT*RHO*Us/Visavg; dYdZ(1)=ALT*(RX)/FCo;dYdZ(2)=(-(ALT*DHr*(RX)))/FCp;dYdZ(3)=(-(1-EPS)/EPS^3*((150*(1-EPS)/NRe)+1.75)*RHO*Us^2/DPT)*0.9869e-5;dYdZ=dYdZ';

clear allclcglobal FAo FBo FCo FDo FEo FFo Xo To Po D Si EPS DPT R Tr%komponen%A=CH4,B=H2,C=Nitrogen,D=Ar,E=air,F=amonia%Reaksi%C+3B-->2F%Data umpan reaktorXo=0;To=663;%KPo=150;%atmFAo=512.919;%kmol/jamFBo=14037.629;%kmol/jamFCo=4549.926;%kmol/jamFDo=105.054;%kmol/jamFEo=6.423;%kmol/jamFFo=489.292;%kmol/jam%data operasionalD=2;%diameter bedSi=0.87;%faktor aktifitasEPS=0.459;%porositas katalisDPT=5.8e-3;%diameter partikelR=1.987;%cal/mol.KTr=298;%suhu referensi,K%Menghitung laju alir masing-masing komponen%Menyusun PD SimultanZo=linspace(0,2.7,25);Yo=[Xo To Po];[Z,Y]=ode45('fungsi',Zo,Yo);X=Y(:,1);T=Y(:,2);P=Y(:,3);disp(' ')disp('Hasil Perhitungan Bed 1')disp('Oleh : Eka Yoga Ramadhan (I0511019) & Kristiani (I0511029)')disp('---------------------------------------------------')disp(' Tinggi Konversi Temperature Pressure ')disp(' (m) (K) (atm) ')disp('===================================================')for i=1:25 fprintf('%8.4f%12.4f%14.4f%13.4f\n',Z(i),X(i),T(i),P(i))enddisp('----------------------------------------------------------')figure(1)plot(Z,Y(:,1),'black-')title('Distribusi Konversi')xlabel('Panjang(m)')ylabel('Konversi Nitrogen')figure(2)plot(Z,Y(:,2),'black-')title('Distribusi Temperatur')xlabel('Panjang(m)')ylabel('Temperatur(K)')figure(3)plot(Z,Y(:,3),'black-')title('Distribusi Tekanan')xlabel('Panjang(m)')ylabel('Tekanan(atm)')

Hasil Perhitungan Bed 1Oleh : Eka Yoga Ramadhan (I0511019) & Kristiani (I0511029)--------------------------------------------------- Tinggi Konversi Temperature Pressure (m) (K) (atm) =================================================== 0.0000 0.0000 663.0000 150.0000 0.1125 0.0056 667.9952 149.9788 0.2250 0.0112 672.9066 149.9575 0.3375 0.0167 677.7679 149.9360 0.4500 0.0221 682.6051 149.9144 0.5625 0.0275 687.4382 149.8928 0.6750 0.0330 692.2840 149.8710 0.7875 0.0385 697.1563 149.8491 0.9000 0.0440 702.0672 149.8271 1.0125 0.0496 707.0273 149.8049 1.1250 0.0552 712.0459 149.7827 1.2375 0.0609 717.1317 149.7603 1.3500 0.0667 722.2923 149.7378 1.4625 0.0726 727.5350 149.7153 1.5750 0.0785 732.8661 149.6925 1.6875 0.0846 738.2915 149.6697 1.8000 0.0908 743.8163 149.6468 1.9125 0.0971 749.4447 149.6237 2.0250 0.1036 755.1799 149.6005 2.1375 0.1101 761.0240 149.5772 2.2500 0.1168 766.9773 149.5538 2.3625 0.1236 773.0384 149.5302 2.4750 0.1305 779.2031 149.5065 2.5875 0.1376 785.4642 149.4827 2.7000 0.1447 791.8104 149.4587-------------------------------------------------------

Konversi bed 1 = 14,47%N2 bereaksi= 0,1447 x 4549,926= 658,374337 kmolH2 bereaksi= 3 x 658,374337= 1975,123011 kmol NH3= 2 x 658,374337= 1316,748674 kmolKomposisi keluar bed 1KomponenKmol

CH4512,919

H212062,506

N23891,552

Ar105,054

H2O6,423

NH31806,041

Jumlah18384,495

- Tinggi bed 1 = 2,7 m- Diameter bed = 2 m- Volume bed

- Volume katalis

dengan porositas katalis 0,459

- Berat katalis

- Waktu tinggal bed 1

Laju alir gas = 7459,3349 m3/jam

Waktu tinggal = 0,000522151 jam = 1,8797 s

2. Perhitungan Bed 2- Suhu quench bed 2 = 388 K- Jumlah aliran quench bed 2 = 15 % dari umpan total- Komposisi quench bed 2KomponenKmol

CH4109,911

H23008,063

N2974,984

Ar22,512

H2O1,376

NH3104,848

Jumlah4221,695

Quench bed 2 bercampur dengan keluaran bed 1,kemudian trial suhu masuk bed 2.KomponenKmolH (kJ/kmol)n x H (kJ)

CH4622,83119824,66312347406,713

H215070,56912321,953185698851,405

N24866,5365668,22927584643,110

Ar127,5658758,4931117279,248

H2O7,80014923,228116397,289

NH31910,88917740,19133899538,825

Jumlah22606,190260764116,590

Dari trial dihasilkan suhu masuk bed 2 = 719,365 KProgram MATLAB untuk Bed 2clear allclcglobal FAo FBo FCo FDo FEo FFo Xo To Po D Si EPS DPT R Tr%komponen%A=CH4,B=H2,C=Nitrogen,D=Ar,E=air,F=amonia%Reaksi%C+3B-->2F%Data umpan reaktorXo=0;To=719.3649831;%KPo=149.4587;%atmFAo=622.831;%kmol/jamFBo=15070.569;%kmol/jamFCo=4866.536;%kmol/jamFDo=127.565;%kmol/jamFEo=7.8;%kmol/jamFFo=1910.889;%kmol/jam%data operasionalD=2;%diameter bedSi=0.87;%faktor aktifitasEPS=0.459;%porositas katalisDPT=5.8e-3;%diameter partikelR=1.987;%cal/mol.KTr=298;%suhu referensi,K%Menghitung laju alir masing-masing komponen%Menyusun PD SimultanZo=linspace(0,2.78,25);Yo=[Xo To Po];[Z,Y]=ode45('fungsi',Zo,Yo);X=Y(:,1);T=Y(:,2);P=Y(:,3);disp(' ')disp('Hasil Perhitungan Bed 2')disp('Oleh : Eka Yoga Ramadhan (I0511019) & Kristiani (I0511029)')disp('---------------------------------------------------')disp(' Tinggi Konversi Temperature Pressure ')disp(' (m) (K) (atm) ')disp('===================================================')for i=1:25 fprintf('%8.4f%12.4f%14.4f%13.4f\n',Z(i),X(i),T(i),P(i))enddisp('----------------------------------------------------------')figure(1)plot(Z,Y(:,1),'black-')title('Distribusi Konversi')xlabel('Panjang(m)')ylabel('Konversi Nitrogen')figure(2)plot(Z,Y(:,2),'black-')title('Distribusi Temperatur')xlabel('Panjang(m)')ylabel('Temperatur(K)')figure(3)plot(Z,Y(:,3),'black-')title('Distribusi Tekanan')xlabel('Panjang(m)')ylabel('Tekanan(atm)')

Hasil Perhitungan Bed 2Oleh : Eka Yoga Ramadhan (I0511019) & Kristiani (I0511029)--------------------------------------------------- Tinggi Konversi Temperature Pressure (m) (K) (atm) =================================================== 0.0000 0.0000 719.3650 149.4587 0.1158 0.0034 722.0151 149.4262 0.2317 0.0068 724.7044 149.3936 0.3475 0.0103 727.4337 149.3609 0.4633 0.0138 730.2036 149.3281 0.5792 0.0174 733.0146 149.2953 0.6950 0.0210 735.8674 149.2623 0.8108 0.0247 738.7624 149.2293 0.9267 0.0285 741.7000 149.1961 1.0425 0.0323 744.6803 149.1629 1.1583 0.0361 747.7035 149.1296 1.2742 0.0400 750.7697 149.0961 1.3900 0.0440 753.8784 149.0626 1.5058 0.0480 757.0293 149.0290 1.6217 0.0521 760.2218 148.9952 1.7375 0.0562 763.4546 148.9614 1.8533 0.0604 766.7266 148.9275 1.9692 0.0647 770.0360 148.8935 2.0850 0.0689 773.3806 148.8593 2.2008 0.0733 776.7576 148.8251 2.3167 0.0776 780.1638 148.7908 2.4325 0.0820 783.5954 148.7563 2.5483 0.0864 787.0476 148.7218 2.6642 0.0909 790.5150 148.6871 2.7800 0.0954 793.9915 148.6524-------------------------------------------------------

Konversi bed 2 = 9,54%N2 bereaksi= 0,0954 x 4866,536 = 464,2675517 kmolH2 bereaksi= 3 x 464,2675517= 1392,803 kmol NH3= 2 x 464,2675517= 928,535 kmolKomposisi keluar bed 2KomponenKmol

CH4622,831

H213677,767

N24402,269

Ar127,565

H2O7,800

NH32839,424

Jumlah21677,655

- Tinggi bed 2 = 2,78 m- Diameter bed = 2 m- Volume bed

- Volume katalis

dengan porositas katalis 0,459

- Berat katalis

- Waktu tinggal bed 2

Laju alir gas = 9255,7028 m3/jam

Waktu tinggal = 0,0004332 jam = 1,55980 s

3. Perhitungan Bed 3- Suhu quench bed 2 = 388 K- Jumlah aliran quench bed 2 = 15 % dari umpan total- Komposisi quench bed 3KomponenKmol

CH4109,911

H23008,063

N2974,984

Ar22,512

H2O1,376

NH3104,848

Jumlah4221,695

Quench bed 3 bercampur dengan keluaran bed 2,kemudian trial suhu masuk bed 2.KomponenKmolH (kJ/kmol)n x H (kJ)

CH4732,74220589,02815086443,058

H216685,83012701,497211935021,058

N25377,2535763,24130990405,858

Ar150,0779025,9621354587,117

H2O9,17615409,457141399,701

NH32944,27318370,49754087750,927

Jumlah25899,350313595607,719

Dari trial suhu dihasilkan suhu masuk bed = 732,233 KProgram MATLAB untuk Bed 3

%komponen%A=CH4,B=H2,C=Nitrogen,D=Ar,E=air,F=amonia%Reaksi%C+3B-->2F%Data umpan reaktorXo=0;To=732.23275;%KPo=148.6524;%atmFAo=732.742;%kmol/jamFBo=16685.830;%kmol/jamFCo=5377.253;%kmol/jamFDo=150.077;%kmol/jamFEo=9.176;%kmol/jamFFo=2944.273;%kmol/jam%data operasionalD=2;%diameter bedSi=0.87;%faktor aktifitasEPS=0.459;%porositas katalisDPT=5.8e-3;%diameter partikelR=1.987;%cal/mol.KTr=298;%suhu referensi,K%Menghitung laju alir masing-masing komponen%Menyusun PD SimultanZo=linspace(0,2.938,25);Yo=[Xo To Po];[Z,Y]=ode45('fungsi',Zo,Yo);X=Y(:,1);T=Y(:,2);P=Y(:,3);disp(' ')disp('Hasil Perhitungan Bed 3')disp('Oleh : Eka Yoga Ramadhan (I0511019) & Kristiani (I0511029)')disp('---------------------------------------------------')disp(' Tinggi Konversi Temperature Pressure ')disp(' (m) (K) (atm) ')disp('===================================================')for i=1:25 fprintf('%8.4f%12.4f%14.4f%13.4f\n',Z(i),X(i),T(i),P(i))enddisp('----------------------------------------------------------')figure(1)plot(Z,Y(:,1),'black-')title('Distribusi Konversi')xlabel('Panjang(m)')ylabel('Konversi Nitrogen')figure(2)plot(Z,Y(:,2),'black-')title('Distribusi Temperatur')xlabel('Panjang(m)')ylabel('Temperatur(K)')figure(3)plot(Z,Y(:,3),'black-')title('Distribusi Tekanan')xlabel('Panjang(m)')ylabel('Tekanan(atm)')

Hasil Perhitungan Bed 3Oleh : Eka Yoga Ramadhan (I0511019) & Kristiani (I0511029)--------------------------------------------------- Tinggi Konversi Temperature Pressure (m) (K) (atm) =================================================== 0.0000 0.0000 732.2328 148.6524 0.1224 0.0026 734.1389 148.6058 0.2448 0.0052 736.0653 148.5591 0.3673 0.0079 738.0122 148.5123 0.4897 0.0105 739.9794 148.4654 0.6121 0.0132 741.9670 148.4184 0.7345 0.0160 743.9747 148.3713 0.8569 0.0187 746.0026 148.3242 0.9793 0.0215 748.0504 148.2769 1.1018 0.0243 750.1179 148.2295 1.2242 0.0272 752.2047 148.1820 1.3466 0.0300 754.3104 148.1344 1.4690 0.0329 756.4346 148.0868 1.5914 0.0358 758.5767 148.0390 1.7138 0.0388 760.7360 147.9911 1.8362 0.0417 762.9119 147.9431 1.9587 0.0447 765.1034 147.8951 2.0811 0.0477 767.3095 147.8469 2.2035 0.0508 769.5290 147.7986 2.3259 0.0538 771.7608 147.7502 2.4483 0.0569 774.0034 147.7017 2.5707 0.0599 776.2552 147.6531 2.6932 0.0630 778.5144 147.6044 2.8156 0.0661 780.7790 147.5557 2.9380 0.0692 783.0470 147.5068-------------------------------------------------------

Konversi bed 3 = 6,92%N2 bereaksi= 0,0692 x 5377,253 = 372,1058965 kmolH2 bereaksi= 3 x 372,1058965= 1116,317689 kmol NH3= 2 x 372,1058965= 744,2117929 kmolKomposisi keluar bed 3KomponenKmol

CH4732,742

H215569,513

N25005,147

Ar150,077

H2O9,176

NH33688,484

Jumlah25155,139

- Tinggi bed 3 = 2,938 m- Diameter bed = 2 m- Volume bed

- Volume katalis

dengan porositas katalis 0,459

- Berat katalis

- Waktu tinggal bed 3

Laju alir gas = 10863,967 m3/jam

Waktu tinggal = 0,00039012 jam = 1,404438 s

Kesimpulan hasil perhitungan bed :Bed 1Bed 2Bed 3

Tin (K)663723,340732.2328

Tout (K)791,8104795,640783.0470

Pin (atm)150149.4587148.6524

Pout (atm)149,4587148.6524147.5068

Massa katalis (kg)12494,32412494,32413204,420

Waktu tinggal1,87971,559801,404438

Konversi0,14470,0940,0692

Diameter bed (m)222

Tinggi bed (m)2.72,782,938

4. Menghitung Tebal Dinding ReaktorDari Rase Appendix B pada T = 800 K = 980,6oFAllowable stress (f)= 11000 psiEfisiensi pengelasan (E)= 1Corrosion allowance= 0,125 inTekanan operasi= 150 atm= 2423,85 psiOver design 10%Tekanan design= 2666,235 psiDiameter= 2 m = 78,73992 inJari-jari= 39,36996 in

Digunakan tebal standar 11,5 in

5. Menghitung tebal head reaktorDengan spesifikasiAllowable stress (f)= 11000 psiEfisiensi pengelasan (E)= 1Corrosion allowance= 0,125 in

Eliptical head K = 2v = 1 9,904 inDigunakan tebal head standar = 10 in

6. Menghitung tinggi head reaktorTinggi head dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :h = th + b + sf (Brownell,hal 87)sf = 9 in(Tabel 5.11 Brownell,hal. 94)b = 0,25 x Diameter dalam (Brownell,hal 87)= 19,68498 inTinggi head reaktor = 38,58971 in = 0,979 m

7. Menghitung tinggi reaktorTinggi reaktor =Tinggi bed + 2(th) + Jarak antar bed + Ruang kosong diatas dan dibawah bedRuang kosong antar bed= 2 x 1 ft= 2 ftRuang kosong di atas bed 1 = 2 ftRuang kosong di bawah bed 3= 4 ft(Ludwig Vol. II Hal 138)Jadi tinggi total reaktor= 42,0497 ft= 12,8168 m8. Menghitung diameter luar reaktor Diameter luar reaktor= (2 x tebal reaktor) + Diameter dalam= 3,882 m9. Menghitung tebal isolasiAsumsi : suhu di dalan reaktor sama dengan suhu di permukaan luar reaktor karena tebal shell relatif kecil dan konduktivitas bahan sangat besar.Digunakan Kaolin insulating brick (avg), k = 0,15 Btu/ ft2.oF.jam(Kern Tabel.3)Neraca panas :Panas yang diserap = Panas yang dilepaskanPanas yang dilepas = Panas konveksi + Panas radiasi ke udara

(Persamaan 12-2 Evans)Keterangan : k= thermal conductivity isolator,Btu/jam.ft.oFti= temperatur fluida temperatur permukaan luar,oFto= temperatur permukaan luar temperatur udara,oFX= tebal isolator,fth= koefisien film gabungan dari radiasi dan konveksi

Koefisien film gabungan dari konveksi dan radiasi di udara dihitung dengan rumus

Keterangan : = Faktor koreksi tergantung pada permukaan (Tabel 12-1 Evans) = Faktor koreksi yang diperoleh dari fig 12-1 Evansa = konstanta = 1,2 Btu/ft2.oF.jamb = konstanta = 0,0048 Btu/ ft2.oF.jam

Data-data yang ada :Suhu udara= 85 oFSuhu permukaan luar = 150oFSuhu fluida= 980 oFk= 0,15 Btu/ ft2.oF.jamti= 980-150 = 830 oFti= 150-85 = 65 oF = 1,187 (Silinder vertical) = 0,23 2,946 in

Jadi tebal isolasi yang digunakan adalah 3 in