50

Click here to load reader

simulasi amonia

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: simulasi amonia

DosenDr. Ir. Slamet, M.T.

Disusun Oleh :

Kelompok 6

Aprizul Darul P (0606043023)Muhammad Ghozali (0606043181)Risan Aji Surendro (0606043231)

Muhammad baswan

Program ekstensi teknik kimiaDepartemen teknik kimia

Fakultas teknikUniversitas Indonesia

Depok 2007

Simulasi Sintesis Amonia dengan Program Microsoft Excel

Page 2: simulasi amonia

I.Pendahuluan

Amonia adalah senyawa kimia dengan rumus N H 3. Biasanya

senyawa ini didapati berupa gas dengan bau tajam yang khas

(disebut bau amonia). Walaupun amonia memiliki sumbangan

penting bagi keberadaan nutrisi di bumi, amonia sendiri adalah

senyawa kaustik dan dapat merusak kesehatan. Administrasi

Keselamatan dan Kesehatan Pekerjaan Amerika Serikat memberikan

batas 15 menit bagi kontak dengan amonia dalam gas

berkonsentrasi 35 ppm volum, atau 8 jam untuk 25 ppm volum.[5]

Kontak dengan gas amonia berkonsentrasi tinggi dapat

menyebabkan kerusakan paru-paru dan bahkan kematian.[5]

Sekalipun amonia di AS diatur sebagai gas tak mudah terbakar,

amonia masih digolongkan sebagai bahan beracun jika terhirup, dan

pengangkutan amonia berjumlah lebih besar dari 3.500 galon

(13,248 L) harus disertai surat izin.[6]

Amonia yang digunakan secara komersial dinamakan amonia

anhidrat. Istilah ini menunjukkan tidak adanya air pada bahan

tersebut. Karena amonia mendidih di suhu -33 °C, cairan amonia

harus disimpan dalam tekanan tinggi atau temperatur amat rendah.

Walaupun begitu, kalor penguapannya amat tinggi sehingga dapat

ditangani dengan tabung reaksi biasa di dalam sungkup asap.

"Amonia rumah" atau amonium hidroksida adalah larutan NH3

dalam air. Konsentrasi larutan tersebut diukur dalam satuan baumé.

Produk larutan komersial amonia berkonsentrasi tinggi biasanya

memiliki konsentrasi 26 derajat baumé (sekitar 30 persen berat

amonia pada 15.5 °C).[7] Amonia yang berada di rumah biasanya

memiliki konsentrasi 5 hingga 10 persen berat amonia.

Amonia umumnya bersifat basa (pKb=4.75), namun dapat juga

bertindak sebagai asam yang amat lemah (pKa=9.25).

Page 3: simulasi amonia

II. Sifat Fisis dan Kimia Amonia

Sifat-sifat fisis dan kimia senyawa amonia adalah sebagai berikut :

• Merupakan gas tidak berwarna

• Berbau menyengat

• Bersifat racun dan eksplosif

• Flammable limit dalam udara berkisar 16-25 % vol

• Temperatur ignition : 650oC

• Korosif

• Solubilitas tinggi di dalam air

• Reaktif dengan banyak senyawa

III. Bahan Baku Sintesis Amonia

Sumber H2 : gas alam, naphta, sumber petroleum lain.

Gas alam berupa metana (CH4) dan naphta diambil dari proses

penambangan yang diikuti dengan proses straight-run petroleum distillation.

Sumber N2 : udara (app 79% vol)

IV. Termodinamika Sintesis Amonia

4.1 Aspek Teoritis

Sintesis amonia dari nitrogen dan hidrogen adalah reaksi yang

bersih dan tidak dirumitkan oleh pembentukan produk samping

seperti hidrazine. Tetapi ketidakidealan beberapa gas dalam kondisi

operasi normal dan kehadiran dari gas inert seperti metana dan

argon mempersulit reaksi campuran. Reaksi sintesisnya

diperlihatkan di reaksi no. 4 bersama dengan nilai

termodinamikanya.

½ N2 + 3/2 H2 NH3 ∆Ho 700K = -52.5 kJ mol-1

∆Go 700K = 27.4 kJ mol-1

∆So 700K = 288 kJ mol-1 K-1

Reaksi ini bersifat eksotermik dan diikuti oleh pengurangan

volume pada tekanan tetap. Nilai konstanta equilibrium (Kp)

Page 4: simulasi amonia

meningkat pada saat temperatur diturunkan dan konsentrasi

equilibrium amonia meningkat dengan peningkatan tekanan. Data

termodinamika telah diterbitkan oleh Haber dkk, Larson dan Dodge

mencangkup rentang

tekanan dari kepentingan industri. Data ini kemudian dianalisis oleh

Gillespie dan Beattie yang mengembangkan metode untuk

menentukan komposisi equilibrium dari hidrogen, nitrogen dan

amonia dalam keadaan gas inert dan diperilhatkan oleh gambar 3..

Gambar 3. Efek tekanan, Temperatur dan gas inert dalam

konsentrasi kesetimbangan amonia.

Gambar diatas memperlihatkan hubungan konsentrasi

equilibrium dari amonia diperlihatkan sebagai fungsi temperatur

dan tekanan. Dengan perbandingan campuran gas 3.1 Hidrogen-

Nitrogen untuk dua kondisi, dengan kondisi ada dan tidaknya gas

inert, dan dimana gas sintesis mengandung 10% komponen inert.

4.2 Konsekuensi dari suatu proses

Pembentukan amonia disukai untuk beroperasi pada tekanan

tinggi dan temperatur rendah, selama lebih dari 50 tahun tekanan

Page 5: simulasi amonia

optimum untuk operasi ekonomis dengan katalis yang tersedia yaitu

sekitar rentang 150-350 bar. Proses operasional pada tekanan labih

tinggi juga telah digunakan, contohnya pada Ruhrchemic plant di

Oberhauser Jerman yang beroperasi pada 750 bar dengan kapasitas

150 ton/hari. Tetapi keuntungan dari konsentrasi kesetimbangan

amonia lebih tinggi pada tekanan yang sangat tinggi diikuti oleh

peningkatan biaya untuk kompresi gas dan plant tambahan. Pada

plant baru yang mengunakan teknologi terbaru seperti ICI’s AMV,

tekanan optimum dibawah 70 bar.

Proses pengoperasian sintesis ditentukan untuk aktivitas

karakteristik dari katalis. Secara termodinamika temperatur yang

rendah sangat menguntungkan, tetapi untuk alasan kinetik

temperatur yang cukup tinggi harus digunakan. Katalis yang sangat

efektif adalah yang memberikan laju konversi amonia tertinggi pada

temperatur yang rendah. Ketika reaksi sintesis berlangsung panas

reaksi menyebabkan temperatur meningkat sehingga menyebabkan

laju spesifik reaksi lebih cepat, karena kesetimbangan menjadi

berkurang pada tekanan yang tinggi, laju reaksi berbalik secara

progresif meningkat dan konversi keseluruhan menjadi kontrol

kesetimbangan. Pengontrolan temperatur menjadi sangat penting

untuk mendapatkan kesetimbangan optimum antara

kesetimbangan termodinamika dan kinetik dari katalis, baik reaksi

ke arah produk (sintesis) dan balik (pengendapan amonia).

Campuran reaksi tidak berlaku sebagai gas yang ideal pada

temperatur dan tekanan komersial, dan panas spesifik dan panas

reaksi adalah fungsi dari tekanan dan temperatur. Dalam analisa

yang teliti harus juga diperhitungkan panas pencampuran amonia

dengan gas yang tidak ikut bersintesis. Kesimpulan nilai panas

reaksi pada 5000C diberikan oleh Nielsen dan diperlihatkan pada

tabel 2.

Page 6: simulasi amonia

Nilai sesungguhnya berlangsung pada proyeksi dari panas

campuran. Dalam uji coba akan lebih aman bila bekerja pada

standar reaksi panas sebesar 54 Kj/mol pada 4500C, yaitu

temperatur rata-rata yang biasa dipakai dalam sintesis komersil.

Nilai dari Cp (dalam Kj/mol0K), untuk gas masukan dapat

diperhitungkan dari persamaan 5, dengan asumsi rasio H-N untuk

sintesis gas 3:1.

cp = 1,632 (1+ ai) + 1,551bi – 0,517ci …………………………….

(5)

Dimana ai adalah fraksi mol dari amonia masukan, bi adalah fraksi

mol dari masukan metana dan ci adalah fraksi mol dari helium.

Ketika dalam menghitung kenaikan temperatur yang melalui

reaktor adiabatis, dapat diasumsikan bahwa temperatur diatas

2500C dan tekanan sekitar 100 bar panas spesifik massa adalah

konstan. Didapatkan panas reaksi pada 4500C adalah

54,13 Kj/mol. Faktor peningkat temperatur ∆H/cp dapat

diperhitungkan ketika fraksi dari gas masukan dikonversikan

menjadi amonia, memberikan peningkatan temperatur adiabatis,ini

diperlihatkan pada persamaan 6.

Page 7: simulasi amonia

∆T = (∆H450/cp) {[ao(1 + ai)/(1 + ao)] – ai} ………………………. (6)

Dimana ao adalah fraksi mol dari amonia dalam laju keluaran.

Page 8: simulasi amonia

4.3 Jalur Sintesis

Page 9: simulasi amonia

Gambar ini memperlihatkan jalur sintesis untuk masa operasi plant

1000 ton/hari dan beroperasi pada 220 bar menggunakan three-bed

quench converter. Gas sintesis dengan komposisi tertentu melalui

reaktor berkatalis dan dihasilkan amonia yang dikondensasi dan

dikumpulkan. Gas yang tidak bereaksi dimana gas baru

ditambahkan disirkulasi melalui katalis. Menggunakan heat

exchanger temperatur dari gas bersirkulasi dinaikkan dalam dua

tahap sampai temperatur reaksi sekitar 4000C dan pada waktu

bersamaan temperatur dari konverter gas efluent dikurangi seperti

diperlihatkan pada gambar 4. Heat exchanger secara cepat

menurunkannya dari ruangan katalis yang mengandung konverter

bertekanan tinggi seperti yang dijelaskan pada tabel 8. Untuk

mencegah akumulasi gas inert yang umumnya pada sintesis gas,

sebagian gas yang bersirkulasi itu dibersihkan. Amonia sisa dalam

gas hasil pembersihan biasanya direkoveri dan kandungan hidrogen

digunakan baik sebagai bahan bakar dalam premary reformer atau

direcovery dan diresirkulasi.

V. Kinetika dan Mekanisme Reaksi Sintesis Amonia Dengan suatu pemahaman yang baik tentang termodinanamika dari

sintesis NH3, kunci disain konverter yang efisien dalam sintesis NH3

umum adalah tekanan parsial reaktan, produk dan bahan inert yang

ke luar konverter pada temperatur yang berbeda dan tekanan total.

Ketika temperatur tinggi dan tekanan meningkatkan laju reaksi,

temperatur yang tinggi juga mengurangi nilai tetapan

kesetimbangan, dan karenanya pengurangan konsentrasi NH3 yang

maksimum dapat dicapai ketika temperatur operasi ditingkatkan.

Walaupun begitu, pada temperatur yang tinggi ketika laju reaksi

awal tinggi maka laju reaksi akan relatif menurun ketika mendekati

kesetimbangan konsentrasi NH3 yang rendah. Hasil optimum NH3

dari suatu konverter pada tekanan yang telah ditentukan diperoleh

Page 10: simulasi amonia

ketika profil temperatur secara terus-menerus menurun ketika

konsentrasi NH3 meningkat. Hal ini akan dibahas nanti dalam bab ini

di bagian 8.6.3. Dengan parameter temperatur operasi normal

untuk laju maksimum sekitar 70 C di bawah temperatur yang

ditentukan untuk komposisi gas sintesis saat kesetimbangan

termodinamik. Metode kinetik yang sering digunakan dalam sintesis

NH3 adalah mekanisme Temkin yang akan dijelaskan nanti.

Temkin Kinetik

Persamaan kinetik yang pertama memberi penjelasan yang

beralasan dengan laju yang diamati berkaitan dengan Temkin dan

pyzhev, yang diperkenalkan tahun 1940. Persamaan ini didasarkan

pada asumsi bahwa absorbsi nitrogen pada suatu permukaan yang

tidak seragam adalah cara mengendalikan laju, dan sekarang ini

persamaan (7) terkenal untuk laju reaksi intrinsik (utama) tanpa

adanya difusi. Pada persamaan ini, r adalah laju reaksi dan Kp

adalah tetapan kesetimbangan untuk reaksi sintesis. Konstanta α

mempunyai suatu nilai antar 0 dan 1 dan k2 dicari dengan

persamaan (8). Nilai ΔEk2 adalah sekitar 150 kJ/mol.

(7)

(8)

Persamaan (7) telah menjadi dasar untuk mendisain konverter

di industri sekitar 30 tahun lalu. Kebanyakan pekerjaan, termasuk

pada ICI menggunakan nilai dari α yang ditemukan oleh Temkin,

yaitu 0.5. Orang lain, khususnya Nielsen telah menemukan nilai α

yang terbaik (yang didukung suatu gambar) yaitu 0.75. Pada

umumnya telah ditemukan untuk perlu memperbolehkan nilai k2

berkurang dengan meningkatkan tekanan, meskipun Nielsen (α =

0.75), dan Livshit & Siderov (menggunakan α = 0.5) menyatakan

Page 11: simulasi amonia

bahwa k2 pada dasarnya adalah tekanan bebas jika fugasitas

bukanlah tekanan parsial yang digunakan untuk keadaan yang

tidak ideal. Persamaan (7) menunjukan bahwa hal tersebut tidak

berlaku ketika konsentrasi NH3 adalah 0, karena untuk

memperkirakan laju reaksi menjadi tanpa batas. Maka itu,

ditetapkan bahwa pada kondisi ini laju reaksi terbaik diberikan oleh

persamaan (9)

(9)

Pada tahun 1963, Temkin dan kawan-kawan mengusulkan

suatu mekanisme yang disatukan sebagai suatu langkah penting,

menambahkan molekul hidrogen pertama kepada nitrogen yang

diabsorb. Mereka memperoleh persamaan (10), di mana k. dan l

diberikan oleh prsamaan (11) dan (12).

(10)

(11)

(12) Itu dapat menunjukkan bahwa pada kedua kondisi yang ekstrim,

yang mendekati kesetimbangan dan jauh dari kesetimbangan,

persamaan (10) menjadi sama dengan persamaan (13) dan (14).

Jika k. adalah tekanan bebas, persamaan (9) menunjukan tekanan

tergantung pada k2 melalui faktor Kp (α -1)

(13)

(14)

Jumlah kerja yang dipertimbangkan pada kinetika dari sintesis

NH3 tela dilakukan di laboratorium ICI selama tahun 1950-an dan

1960-an dan pengujianuji katalis pada reaktor. Telah ditemukan,

Page 12: simulasi amonia

dari sejumlah besar penentuan laju diferensial di luar rentang

kondisi yang luas, bahwa model Temkin dan kawan-kawan pada

persamaan (10) memberikan banyak keuntungan yang lebih baik

dibanding persamaan (7) untuk kondisi difusi tidak terbatas. Pada

kebanyakan kondisi komersil, persamaan (10) sangat mendekati

dengan persamaan (7), dengan k2 = k. / Kp (1-α). Nilai-nilai yang

terbaik ; ΔEk. = 110.8 kJ/mol dan α = 0.46, sungguh cocok dengan

model persamaan Temkin dan kawan-kawan (ΔEk. = 104.5 kJ/mol

dan α = 0.4), dan k. ditentukan menjadi tekanan yang bebas.

Dengan begitu, adalah mungkin untuk mengkalkulasi

ketergantungan temperatur dan tekanan terhadap k2. Pada tekanan

200 bar dan temperatur 450 C, Kp bervariasi yaitu P0.44, dan jika α =

0.46, k2 bervaiasi yaitu P-0.24. Pada temperatur rendah, Kp hanya

fungsi temperatur, dan sebagai konsekuensinya k2 adalah tekanan

yang bebas. Dengan cara yang sama, hubungan energi aktivasi

dengan k2 dapat diramalkan dari persamaan (15) dan (16) di mana

ΔHR adalah entalpi reaksi. Karenanya ΔEk2 = 110.8 + 58.1 = 168.9

kJ/mol (ΔHR ≈ 109 kJ/mol), yang mana mendekati nilai yang normal,

yaitu 158.8 kJ/mol (38 kcal/mol).

ΔEk2 = ΔEk. + (1– α) ΔHR (15)

ΔHR = - RT2 (δln Kp/δt)P (16)

Efek Ukuran Partikel Katalis

Kinetika yang dibahas di bagian mekanisme Temkin

berhubungan dengan kondisi di mana laju reaksi tidak dibatasi oleh

efek difusi. Pengukuran laju yang dibuat menggunakan katalis

dengan ukuran berbeda-beda yang menunjukkan efek difusi

tersebut, tentu saja, sesudah suatu efek difusi diketahui, terutama

sekali pada temperatur tinggi. Hal ini dijelaskan dalam tabel 8.3, di

mana laju reaksi yang diperoleh menggunakan katalis dengan

ukuran partikel 0.6-1.2 mm, 3.0-4.5 mm, dan 6.0-9.0 mm

Page 13: simulasi amonia

diperbandingkan. Pengukuran ini dilakukan di suatu reaktor

diferensial pada temperatur 500 C dan tekanan 100 bar, dengan

rasio hidrogen / nitrogen (H/N) adalah 3 : 1 pada campuran gas

yang mengadung 4 % NH3. Jelaslah bahwa partikel katalis dengan

ukuran partikel yang lebih besar kurang aktif dibanding ukuran

partikel yang lebih kecil. Ini sebagian besar berkaitan dengan

terbatasnya perpindahan massa dalam pori-pori katalis. Selain itu,

aktivitas yang yang lebih rendah dari partikel katalisator dengan

ukuran lebih besar berkaitan dengan bagian sebelah luar katalis

yang lebih mengalami sintering oleh uap air dibandingkan partikel

berukuran lebih kecil sepanjang proses reduksi katalis (lihat 8.4.1).

Pada kondisi kecepatan linier aliran gas rendah, laju reaksi

dapat dibatasi oleh kecepatan perpindahan reaktan dan produk

melalui lapisan film tipis gas di sekitar partikel katalis. Fenomena

difusi film ini paling umum di temui dalam reaktor laboratorium

skala kecil ditandai oleh gerakan turbulen rendah di sekitar partikel

katalis yang diuraikan oleh bilangan Reynold dalam rentang 0-10.

Pada sisi lain, reaktor industri biasanya beroperasi dengan

kecepatan linier jauh lebih tinggi, dengan bilangan bilangan Reynold

yang lebih besar dari 100. Pada kondisi ini, keterbatasan difusi film

tidaklah penting, tetapi pada laju reaksi yang tinggi, terutama sekali

pada saat temperatur dan tekanan yang tinggi, difusi dari reaktan

atau produk sepanjang partikel bisa menjadi batas laju reaksi (rate-

limiting). Fenomena difusi pori-pori ini diamati terutama inlet dari

suatu NH3 konverter, di mana konsentrasi NH3 rendah dan laju

sintesis yang relatif tinggi. Efek terperinci di dalam sintesis NH3

dijelaskan oleh Nielsen.

Tebel 8.3 Variasi laju sintesis dengan ukuran partikel katalis

Ukuran Normal (mm) Laju (kmol N2 h-1m-3 katalis)0.6 – 1.2 3003.0 – 4.5 1126.0 – 9.0 61

Page 14: simulasi amonia

Implikasi pada Desain Proses

Laju reaksi overall untuk menghasilkan NH3 dari nitrogen (N)

tergantung pada laju relatif reaksi searah dan reaksi balik. Sebelum

terjadi kesetimbangan, reaksi searah lebih mendominasi dan laju

reaksi akan meningkat dengan peningkatan temperatur. Ketika

mendekati keadaan kesetimbangan (telah adanya sejumlah

substansi NH3) reaksi balik meningkat secara signifikan.

Hasil dari efek ini digambarkan pada gambar 8.8 yang

menunjukan konsentrasi NH3 pada kesetimbangan sebagai fungsi

temperatur, bersama-sama dengan satu kontur (bentuk) rangkaian

laju reaksi yang konstan. Kontur ini dinyatakan dalam hal laju reaksi

overall pada temperatur 350 C yang telah terdapat 20% NH3. Untuk

setiap konsentrasi NH3 dalam reaksi gas ada suatu nilai temperatur

di mana laju reaksi mempunyai nilai maksimum, yang akan turun

Page 15: simulasi amonia

dengan tajam pada temperatur yang lebih tinggi ketika terjadi kurva

kesetimbangan AB. Nilai maksimum bentuk (kontur) laju yang tetap

(konstan) menghasilkan kurva CD, yang bisa mewakili profil

temperatur yang ideal untuk suatu konverter NH3, dan kondisinya

tergantung pada ukuran partikel dan aktivitas dari katalis. Profil

seperti itu tidak dapat dicapai dalam praktek, meskipun demikian

tujuan dari perancang konverter adalah untuk mendekati keadaan

yang ideal

Aktivitas utama dari katalis untuk sintesis NH3 secara

berangsur-angsur menurun selama pemakaian katalis tersebut

(pada awalnya secara relatif menurun dengan cepat), di ikuti oleh

suatu penurunan yang lambat terhadap laju reaksi ke tingkat yang

steady, yaitu sekitar separuh dari aktivitas awal katalis. Waktu dan

tingkat deaktivasi ini tergantung seluruhnya pada kondisi operasi,

dan reaktor harus dirancang untuk beroperasi pada steady state.

Laju reaksi pada tabel 8.3 adalah untuk katalis baru yang telah

mengalami reduksi dan tidak tepat untuk perancangan suatu

konverter.

Mekanisme Reaksi

Urutan peristiwa yang berlangsung pada permukaan katalis

selama sintesis NH3 telah dipelajari oleh beberapa kelompok

riset/peneliti selama bertahun-tahun. Hal ini dilakukan

mengkombinasikan asumsi beberapa periset awal, bahwa langkah

penetapan laju melibatkan interaksi awal dari molekul nitrogen (N)

dengan permukaan besi, meskipun sebenarnya interaksi secara

alamiah yang tepat tentang ini tidak diketahui. Pembuktian dari

interaksi ini diperoleh dengan bantuan ilmu pengetahuan modern

mengenai teknik permukaan yang membantu memperkuat dan

memperjelas hal ini. Interaksi ini dapat ditunjukkan dengan data

dari spektroskopi fotoelektron ultraviolet (UPS) dan Spektroskopi

fotoelektron sinar-X (XPS) bahwa nitrogen dapat diadsorb oleh

Page 16: simulasi amonia

suatu permukaan besi, baik dalam bentuk molekul ataupun atom.

Molekul nitrogen hanya terikat dengan lemah ( panas adsorpsi

kurang dari 40 kJ/mol) tetapi adsorpsi akan lebih cepat dengan

suatu koefisien penggabungan sekitar 0.01.

Adsorpsi molekul nitrogen pada permukaan besi (Fe 111) ada

dua cara. Cara pertama adalah diikat dengan sangat lemah dengan

adsorbsi fisik bentuk gamma (γ) yang tidak diserap pada 80 K dan

cara yang lainnya dengan bentuk alpha (α) yang menjadi langkah

awal penguraian dari molekul nitrogen di permukaan besi. Hal ini

ditunjukkan dengan loss energy oleh spektroskopi elektron resolusi

tinggi di mana bentuk alpha (α) mempunyai ikatan π ‘sisi dengan

sisi’ dalam konfigurasi. Meskipun begitu, konversi dari bentuk

molekul menjadi bentuk atom sangat lambat, sehingga koefisien

penggabungan untuk penguraian nitrogen yang teradsorpsi sangat

rendah, sekitar 10-7, dan ini adalah batasan laju (rate-limiting) pada

sintesis NH3. Seperti diketahui pada awal, laju penguraian nitrogen

yang akan teradsorpsi secara kimia diakibatkan oleh struktur

permukaan besi, dengan Fe (111) lebih aktif sekitar 20 dibanding Fe

(110).

Adsorpsi penguraian hidrogen pada permukaan besi terjadi

dengan sangat cepat pada temperatur rendah, dan itu ditunjukkan

dengan desorpsi hidrogen di atas temperatur 200 C sangat cepat.

Keadaan kesetimbangan untuk adsorpsi dan desorpsi hidrogen pada

permukaan besi selalu dijaga di bawah kondisi sintesis NH3. Sejak

proses hidrogenasi berkembang, pengamatan langsung terhadap

hasil antara (intermediet) sangat sulit. Untuk memperoleh informasi

mengenai sifat alami hidrogenasi (terutama penguraian NH3 pada

permukaan besi) maka dipelajari oleh Ertl dan kawan-kawan. NH3

terserap pada temperatur rendah dan dengan cepat terdesorpsi

(terlepas) pada temperatur di atas 100 C. Ketika NH3 terurai pada

permukaan besi menjadi hidrogen dan nitrogen, terbentuklah atom.

Pertukaran reaksi dengan deuterium untuk produksi NH2D, asumsi

Page 17: simulasi amonia

bahwa disosiasi reversibel yang terjadi pada reaksi tersebut seperti

yang ditunjukkan dalam persamaan reaksi berikut :

D2 (ad) ↔ 2D (ad)

NH3 (ad) ↔ NH2 (ad) + H (ad)

NH2 (ad) + D (ad) ↔ NH2D (ad)

Interaksi NH3 dengan Fe (110) ditunjukan oleh UPS bahwa

pada temperatur 500 K jenis yang stabil adalah nitrogen (ad) dan

bukti lainnya adalah untuk tahap hidrogenasi (intermediet) stabil

pada temperatur 340 K. Intermediate ini akan membentuk NH (ad)

daripada NH2 (ad) seperti yang ditunjukan dengan spektrometri

massa ion sekunder. Bukti untuk kehadiran dari intermediate di

dalam interaksi N, H, dan NH3 dengan permukaan besi telah

diperoleh, dan ini telah di-compile (disusun) ke dalam suatu

mekanisme reaksi keseluruhan seperti ditunjukkan dalam pola 1.

Urutan reaksi lain yang serupa telah pula diusulkan oleh para

periset terdahulu, hanya saja tanpa penjelasan mengenai sifat

permukaan intermediate.

Pola 1. H2 ↔ 2H (ad)

N2 ↔ N2 (ad)(γ) ↔ N2 (ad)(α) ↔ 2N (ad)

N (ad) + H (ad) ↔ NH (ad)

NH (ad) + H (ad) ↔ NH2 (ad)

NH2 (ad) + H (ad) ↔ NH3 (ad) ↔ NH3

Efek Na yang meningkat di dalam katalis harus ditingkatkan dengan

mempengaruhi batas laju masuk pada sintesis NH3, yang mana

pemisahan dari bentuk α molekul nitrogen yang teradsorb menjadi

bentuk atomik. Hal itu telah ditunjukkan bahwa panas adsorpsi dari

molekul nitrogen pada permukaan besi meningkat sekitar 45 kJ/mol,

dan sebagai akibatnya adalah penurunan energi aktivasi untuk

Page 18: simulasi amonia

penguraian ketika molekul nitrogen mendekati suatu atom natrium

(Na). Ini mengakibatkan suatu peningkatan yang besar pada

koefisien penggabungan. Hal ini mengarah pada situasi di mana

semua area permukaan besi mempunyai aktivitas serupa terhadap

natrium. Peningkatan dalam energi adsorpsi molekul nitrogen itu

dianggap berkaitan dengan perpindahan muatan dari natrium pada

permukaan besi, dengan mengabaikan banyaknya ikatan π yang

lebih kuat dari permukaan besi ke molekul nitrogen.

VI. Katalis Sintesis Amonia

Semua katalis untuk sintesis amonia komersil berbasis besi

metalik dengan alkali (potasium) dan berbagai oksida logam

material dasar yang digunakan untuk membuat katalis ini biasanya

magnetik (Fe3O4). Dengan beberapa komponen dari dasar katalis

sebagai pengotor dari magnetik. Katalis umum, seperti katalis ICI

35-4, yang mengandung 0,8% K2O, 2,0% CaO, 0,3% MgO, 2,5%

Al2O3 dan 0,4% SiO2. Dalam proses manufaktur katalis diketahui

bahwa komponen minor ini dapat memberi efek yang cukup besar

pada performa katalis akhir, karena mereka bisa berinteraksi

dengan sesamanya memberikan efek baik dan buruk. Dalam katalis

modern faktor ini diperhitungkan untuk mengoptimasi performa

agar didapatkan aktivitas tinggi dan waktu yang lama.

Hampir semua katalis amonia sintesis dimanufaktur

menggunakan magnetik dengan dipakai sejumlah promotor agar

didapatkan campuran homogenus. Campuran yang cair ini

didinginkan dengan menaburkannya pada lapisan dangkal, setelah

proses solidifikasi katalis dianjurkan dan dipilih untuk mendapatkan

ukuran yang diinginkan. Material yang ukurannya tidak sesuai

direcycle dan material yang lebih besar dihancurkan kembali.

Sebelum katalisnya digunakan harus direduksi ke dalam keadaan

logamnya, baik didalam plant converter atau dalam prereduksi dan

proses stabilisasi. Katalis yang berbentuk disiapkan dari lelehan juga

Page 19: simulasi amonia

disediakan dalam bentuk komersil, tetapi karena aktivitasnya yang

rendah, katalis ini tidak secara luas digunakan.

6.1 Komponen Besi

Komponen utama dalam katalis besi, tidak berubah dari

katalis pertama diterbitkan pada tahun 1913. Besi telah disetujui

sebagai logam termurah dan terbaik untuk tujuan ini. Dalam

penelitian sebelumnya Haber dkk menemukan logam lain seperti

osmium dan uranium itu lebih efektif daripada besi, tetapi lebih

mahal dan berbahaya bagi kesehatan. Besi murni adalah katalis

yang lemah yang secara cepat kehilangan aktivitasnya kecuali ada

oksida promotor. Pada awal pencarian pertama katalis sintesis

amonia komersil oleh Mittasch dkk ditemukan bahwa magnetik alam

dari Gollivare di Swedian, mempunyai aktivias yang baik untuk

sintesis amonia, dimana contoh sintetik dari magnetik yang bebas

dari pengotor alami itu lebih lemah. Hal ini dikarenakan kontaminan

pada magnetik adalah alumunium dan potasium, yaitu promotor

utama dalam katalis sintesis amonia. Katalis ini diberi nama doubly-

promoted.

Secara prinsip umum oksida besi dapat secara efektif sebagai

sumber besi, tetapi secara prakteknya hanya magnetik Fe3O4 yang

dapat digunakan. Magnetik mempunyai struktur spinel (sama

seperti MgAlO4) yang terdiri dari cubic packing dari ion oksigen.

pada lapisan interstises dimana ion Fe2+ dan Fe3+ terdistribusi.

Seperti diperlihatkan pada gambar 5, kristal dari magnetik secara

relatif lebih besar dari standar katalis, lebih besar dari 1 mikron atau

lebih. Tetapi selama reduksi oksigen dihilangkan dari kristal tanpa

mengkerut, jadi ion logam diperoleh sebagai proses domorph dari

magnetik yang asli. Logam besi diproduksi dengan cara ini sehingga

bersifat sangat porosif, dan porositas ini adalah faktor penting

dalam katalis akhir. Faktor utama yang lain adalah ukuran dari

kristal besi yang diproduksi selama reduksi. Scanning Electron

Page 20: simulasi amonia

Mikroskop (SEM) photographs meningkatkan ukurannya, dan

memperlihatkan porositasnya dan efek psedomorphic dari katalis

yang tereduksi.

Simulasi Sintesis Amonia dengan Program Microsoft Excel

Data – data diambil dari Program Hysys Samples Amonia Plant

Integration information

Number of segment : 5

Minimum step Fraction : 1.0 x 106

Minimum step Lenghth : 9.7 x 107 m

Catalyst data

Particle Diameter : 0.00100 mm

Particle Sphericity : 1000

Solid density : 2500.0 Kg/m3

Bulk Density : 1250.0 Kg/m3

Solid Heat Capcity : 250.000 KJ/Kg.oC

Stoichiometry and Rate Info

Component Mole WL Stoich Coeff Fwd Order Rev Order

Nitrogen 28.013 -0.500 0.50 0.00

Hydrogen 2.016 -1.500 1.50 0.00

Page 21: simulasi amonia

Ammonia 17.030 1.000 0.00 1.00

Balance Balance Error 0.00000

Reaction Heat (25oC) -9.1 x 104 Kl/kgmole

Basis

Basis : Partial Pres

Base Component : Nitrogen

Rxn Phase : Vapour Phase

Min, Temperature: -2731 oC

Max Temperature: 3000 oC

Basis Units : atm

Rate Units : Kgmole/m3s

Forward reaction A 10000

E 91000

β empty

Reverse Reaction

A’ 1.3000 x 10+010

E’ 1.4100 x 10+005

β’ empty

Equation Help

Tube Dimesion

Total Volume : 6.851 m3

Length : 0.969 m

Diameter : 3.0000 m

Number of tubes : 1

Page 22: simulasi amonia

Wall Thickness : 0.0050 m

Tube Packing

Void Fraction : 0.500

Void Volume : 3.426 m3

Reaksi Sintesis Amonia :

Komposisi (dalam fraksi mol) :H2 = 0,5148N2 = 0,1833NH3 = 0,0141Ar = 0,0574CH4 = 0,2304

Data- data diperoleh dari Hysys.

Diameter reaktor : 9,8425 ft = 3 m Ac = 76,0853 ft2 = 7,0686 m2.

Panjang reaktor : 9,54 ft = 2,9078 m.

Page 23: simulasi amonia

Kinetika Reaksi :

Termodinamika :

saat setimbang :

maka,

Page 24: simulasi amonia

Penyelesaian dilakukan dengan metode Solver.

Data Cp diperoleh dari Basic and Calculation In Chemical Engineering, Himmelblau:

Neraca mol

Design :

Rate law :

Stoikiometri : reaktan kunci : N2

Page 25: simulasi amonia

Energi Balance

Page 26: simulasi amonia

Reaksi :

Neraca Momentum Persamaan Ergun:

Page 27: simulasi amonia

Ketiga persamaan diferensial diatas diselesaikan secara simultan

dengan menggunakan metode Euler di dalam program Excel

dengan variabel independent-nya adalah L (panjang reaktor), ∆L

yang digunakan adalah 0.03 ft untuk panjang reaktor 30 m (98.4 ft)

Pembahasan hasil Simulasi

Reaktor Adiabatis

Reaksi amonia dijalankan pada reaktor adiabatis dengan kondisi

yang telah ditentukan, dan diperoleh konversi akhir sekitar 43%.

Konversi 43% didapat dari reaktor yang panjangnya + 7 meter.

Page 28: simulasi amonia

Dapat dilihat dari profil X, T dan P/Po pada sintesa NH3 dimana profil

konversi yang ditunjukkan setelah mencapai + 7 m konversinya

sudah tidak naik lagi dan ada tren semakin menurun tetapi tidak

terlalu jauh penurunannnya, hal ini dapat terjadi karena konversi

NH3 setelah jarak + 7 m telah mendekati kondisi kesetimbangannya

sehingga konversinya sudah tidak bisa meningkat lagi. Setelah itu

profil konversi NH3 semakin menurun dikarenakan adanya sedikit

NH3 yang terurai kembali menjadi N2 dan H2. Hal ini dapat dilihat

pada grafik profil X dan Xe terhadap T dimana konversi akhir telah

mendekati konversi kesetimbangannya pada grafik dapat dilihat

terjadi kenikkan temperature seiring dengan naiknya konversi. Hal

ini dikarenakan reaksi sintesis amonia merupakan reaksi eksoterm,

dimana akan menghasilkan panas selama reaksi berlangsung. Pada

saat konversi telah mendekati konversi kesetimbangannya (pada

jarak 7 m atau lebih), temperatur reaktor cenderung konstan,

karena reaksi NH3 telah setimbang. Terjadi sedikit penurunan

temperatur dikarenakan terjadi reaksi balik dimana merupakan

reaksi endotermis. Temperatur akhir sebesar 302.805 C. Pada

grafik juga dapat dilihat terjadi penurunan tekanan yang ditandai

dengan penurunan P/Po. Hal ini disebabkan terjadi friksi antara

reaktan dan katalis yang akan meningkatkan pressure drop.

Tekanan keluaran reaktor adalah 113.423 atm. Dengan kondisi

seperti diatas maka Kapasitas produksi NH3 pada proses adiabatis

adalah 1613,04 ton/hari (1 tube). Dengan hasil produksi NH3

Page 29: simulasi amonia

1613.04 pada proses adabatis maka kelompok kami akan

melakukan simulasi dengan menggunakan interstage cooler pada

reaktor adiabatis dengan harapan dapat meningkatkan konversi

sehingga produksi yang dihasilkan lebih besar, dimana kondisi

tersebut dapat dilihat pada penjelasan dibawa ini.

Reaktor Adiabatis + Interstage Cooler

Dengan menjalankan reaksi amonia pada kondisi adiabatis dengan

interstage cooler dan menggunakan data yang sama seperti pada

reaktor adiabatis tanpa interstage cooler maka diperoleh konversi

sebasar 53.064 % dengan panjang reaktor 30 m.

Page 30: simulasi amonia

Dapat dilihat pada grafik X, T, P/Po dimana setelah jarak 11 m,

konversi telah cenderung konstan sehingga reaktan melewati

interstage cooler dan didinginkan hingga temperatur awal umpan.

Kemudian umpan dimasukkan kembali ke bed II dan reaksi kembali

berjalan dan konversi akan meningkat kembali hingga pada jarak

26.5 meter, keluaran dari bed II dilewatkan pada interstage cooler II

dan didinginkan kembali ke temperatur awal umpan. Kemudian

dimasukkan kembali ke bed III. Konversi hanya meningkat sedikit

dan keluaran bed III merupakan keluaran akhir reaktor. Jadi untuk

reaktor sepanjang 30 m, digunakan total bed 3 buah dengan

interstage cooler 2 buah. Pada grafik profil X, Xe terhadap T dapat

dilihat saat konversi mendekati kesetimbangan, maka temperatur

diturunkan ke temperatur awal umpan dengan cara melewatkan

pad interstage cooler. Demikianlah proses ini berlangsung

seterusnya hingga melewati 3 bed dan 2 interstage cooler sehingga

diperoleh konversi yang lebih tinggi daripada konversi pada saat

reaktor hanya beroperasi secara adiabatis saja.

Pada grafik dapat dilihat terjadi kenaikan temperatur hingga

pada jarak 11 m kemudian temperatur akan turun sampai

temperatur awal karena dilewatkan pada interstage cooler. Umpan

kemudian akan masuk lagi ke bed II dan temperatur akan

meningkat kembali sampai pada jarak 26.5 m, temperatur akan

turun kembali sampai temperatur awal karena dilewatkan pada

interstage cooler II. Temperatur keluaran reaktor untuk operasi ini

adalah 270.361 C.

Pada grafik juga dapat dilihat terjadi penurunan tekanan yang

ditandai dengan penurunan P/Po. Hal ini disebabkan terjadi friksi

antara reaktan dan katalis yang akan meningkatkan pressure drop.

Tekanan keluaran reaktor adalah 116.587 atm. Kapasitas produksi

NH3 untuk proses adiabatis dan interstage ini adalah 1987,75

Page 31: simulasi amonia

ton/hari (1 tube). Jadi dengan memasang interstage cooler pada

reaktor akan menaikkan konversi sehingga hasil produksi yang

dihasilkan lebih besar yaitu meningkat menjadi 1987.75 ton/hari

dari 1613.04 ton/hari pada kondisi adiabatis tanpa interstage

cooler.Setelah ini kelompok kami akan melakukan simulasi jika

reaktor yang digunakan dalam kondisi non adiabatis apakah akan

mendapatkan konversi yang lebih besar dari kondisi adiabatis atau

dengan adiabatis + interstage cooler , pembahasannya dapat dilihat

dibawah ini.

Reaktor non Adiabatis

Jika reaksi amonia dijalankan pada reaktor non-adiabatis

dengan data-data diatas maka diperoleh konversi sebesar 0.50668

(50.668%) dengan reaktor sepanjang 30 m.

Page 32: simulasi amonia

Dapat dilihat pada grafik X, T, P/Po dimana konversi masih

terus meningkat sampai pada jarak 30 meter walaupun tidak

signifikan. Profil konversi pada saat temperatur reaktor didinginkan

dengan mengontakkan dengan HE dapat dilihat pada grafik profil X

dan Xe terhadap T. Karena konversi tidak dapat melewati konversi

kesetimbangannya maka salah satu cara untuk menaikkan konversi

adalah dengan menurunkan temperatur. Temperatur diturunkan

dengan mengontakkan reaktan dengan air pendingin sehingga

terjadi perpindahan kalor melalui dinding reaktor dengan UA

sebesar 10.437 kW/m2 hr dengan Ta = 270 C. Pada grafik dapat

dilihat profil temperatur yang naik pada bagian awal masukan

reaktor kemudian menurun hingga bagian akhir reaktor. pada awal

reaktor, reaksi berlangsung sangat cepat sehingga panas yang

diserap air pendingin tidak dapat mengimbangi panas reaksi yang

dihasilkan sehingga temperatur reaktor naik. setelah mencapai 6 m,

reaksi menjadi agak lambat sehingga panas yang diserap air

pendingin telah dapat mengimbangi panas reaksi yang dihasilkan

dan akhirnya panas yang diserap air pendingin lebih besar dari

panas reaksi yang dihasilkan, akibatnya temperatur reaktor

menurun. Temperatur keluaran reaktor adalah 278.84 C.

Pada grafik juga dapat dilihat terjadi penurunan tekanan yang

ditandai dengan penurunan P/Po. Hal ini disebabkan terjadi friksi

antara reaktan dan katalis yang akan meningkatkan pressure drop.

tekanan keluaran reaktor sebesar 115.741 dengan kapasitas

produksi NH3 sebesar 1892.97 ton/hari (1 tube).

Pada simulasi produksi amonia dengan kondisi reaktor non

adiabatis hasil produksi NH3 diperoleh 1892.97 ton/hari hasil

produksi ini tidak jauh beda dengan reaktor pada kondisi adiabatis

yakni 1613,04 ton/hari dan dengan kondisi reaktor adabatis +

Page 33: simulasi amonia

interstage cooler yakni 1987.76 ton / hari hasil produksi ini lebih

besar dibandingkan dengan pada kondisi reaktor non adiabatis.

Setelah ini kelompok kami akan melakukan simulasi jika reaktor

diatas ditambahkan absorber NH3 dan suplai H2 dan N2 apakah akan

mempengaruhi konversi dan produksi NH3 yang dihasilkan, hasilnya

kami jelaskan seperti dibawah ini.

Reaktor Adiabatis dengan Absorber NH3 dan Supplai H2 dan N2

Dengan mensuplai N2 dan H2 serta mengambil produk NH3 maka

konversi kesetimbangan akan meningkat dan secara langsung akan

meningkatkan konversi akhir. Dapat dilihat pada grafik dengan

mensuplai N2 dan H2 masing-masing 10 atm dan NH3 diabsorbsi

dengan air sebesar 10 atm hasilnya konversi akan meningkat

melewati konversi kesetimbangan pada keadaan awal.

Page 34: simulasi amonia

Konversi akhir yang didapat 0.582849 dengan temperatur

keluaran 314.854 C dan tekanan keluaran 114.247 atm. Kapasitas

produksi NH3 sebesar 2183.3 ton/hari (1 tube).

Dan jika suplai N2 dan H2 masing-masing ditingkatkan menjadi 20

atm dan NH3 diabsorbsi dengan air sebesar 10 atm hasilnya konversi

akan meningkat melewati konversi kesetimbangan pada keadaan

awal juga. Hasil yang diperoleh konversi 71 % dengan hasil produksi

Page 35: simulasi amonia

2671.861 ton/hari (1 tube) tetapi temperature keluaran yang

hasilkan meningkat menjadi 325.3539 OC dan tekanan keluaran

115.0678 atm. Dengan menaikkan suplai N2, H2 dan absorbsi NH3

akan menaikkan konversi tetapi harus diperhatikan temperature

keluaran karena pada suplai masing-masing 20 atm terjadi

peningkatan temperature dibandingkan dengan yang disuplai

masing-masing 10 atm.

Reaktor Adiabatis + interstage Cooler dengan absorber NH3 dan

suplai H2 dan N2

N2 dan H2 disuplai masing-masing 10 atm dan NH3 diabsorpsi

dengan air sebesar 10 atm, hasilnya, konversi akan meningkat

melewati konversi kesetimbangan pada keadaan awal. Hal ini

dikarenakan dengan mensuplai N2 dan H2 serta mengambil produk

NH3 maka konversi kesetimbangan akan meningkat dan secara

langsung akan meningkatkan konversi akhir. Konversi akhir yang

didapat 0.68628 dengan temperatur keluaran 278.484 C dan

tekanan keluaran 117.709 atm. Kapasitas produksi NH3 sebesar

2570.74 ton/hari (1 tube).

Page 36: simulasi amonia

Reaktor non adiabatis dengan absorber NH3 dan Suplai H2 dan N2

N2 dan H2 disuplai masing-masing 10 atm dan NH3 diabsorpsi

dengan air sebesar 10 atm, hasilnya, konversi akan meningkat

melewati konversi kesetimbangan pada keadaan awal. Hal ini

dikarenakan dengan mensuplai N2 dan H2 serta mengambil produk

NH3 maka konversi kesetimbangan akan meningkat dan secara

langsung akan meningkatkan konversi akhir. Konversi akhir yang

didapat 0.66786 dengan temperatur keluaran 282.612 C dan

tekanan keluaran 116.963 atm. Kapasitas produksi NH3 sebesar

2501.73 ton/hari (1 tube).

Page 37: simulasi amonia

Menetukan Temperature Umpan Optimum pada Reaktor Adiabatis

Dengan memvariasikan temperatur umpan masuk reaktor pada

reaktor adiabatis maka dapat ditentukan temperatur optimum

umpan masuk reaktor dimana temperatur umpan yang akan

memberikan konversi yang maksimum.

Pada grafik dapat dilihat dengan naiknya temperatur umpan,

konversi akan meningkat sampai temperatur umpan 240 C,

kemudian untuk temperatur umpan > 240 C, konversi akan

menurunkan temperatur pada temperatur umpan < 240 C,

konversi masih dibatasi oleh laju reaksi dimana semakin besar

temperatur umpan, laju reaksi akan semakin besar dan konversi

meningkat. Sedangkan untuk temperatur umpan > 240 C, konversi

Reaktor Adiabatis

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400

To ( C)

X d

an

Xe

200

220

240

260

280

300

320

340

360

380

400

420

To

ut,

C

X

Xe

T (C)

Page 38: simulasi amonia

telah dibatasi oleh konversi kesetimbangan termodinamis, dimana

akibat reaksi eksotermis, semakin besar temperatur umpan,

konversi kesetimbangan akan semakin meningkat. Hal ini dapat

dilihat pada grafik dengan meningkatnya temperatur umpan,

konversi kesetimbangan akan menurun. Semakin besar temperatur

umpan, maka temperatur keluaran reaktan akan semakin besar.

Dari grafik dapat dilihat temperatur optimum umpan masuk adalah

240 C.

Menentukan Temperature Umpan Optimum pada Reaktor Non-

Adiabatis

Hal yang sama dilakukan yaitu dengan memvariasikan temperature

umpan masuk reaktor non adiabatis maka dapat ditentukan

temperature optimum umpan masuk reaktor dimana temperature

umpan yang akan memberikan konversi yang maksimum.

Pada grafik dapat dilihat dengan naiknya temperatur umpan,

konversi akan meningkat sampai temteratur umpan 250 C,

kemudian untuk temperatur umpan > 250 C, konversi akan

menurunkan temperatur pada temperatur umpan < 250 C,

konversi masih dibatasi oleh laju reaksi dimana semakin besar

Reaktor Non-Adiabatis

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400

To , C

Ko

nve

rsi

200

220

240

260

280

300

320

340

360

380

400

T o

ut

, C

X

Xe

T(C)

Page 39: simulasi amonia

temperatur umpan, laju reaksi akan semakin besar dan konversi

meningkat. Sedangkan untuk temperatur umpan > 250 C, konversi

telah dibatasi oleh konversi kesetimbangan termodinamis, dimana

akibat reaksi eksotermis, semakin besar temperatur umpan,

konversi kesetimbangan akan semakinmeningkat. Hal ini dapat

dilihat pada grafik dengan meningkatnya temperatur umpan,

konversi kesetimbangan akan menurun. Semakin besar temperatur

umpan, maka temperatur keluaran reaktan akan semakin besar.

Dari grafik dapat dilihat temperatur optimum umpan masuk adalah

250 C. temperature optimum umpan masuk untuk adiabatis lebih

kecil dibandingkan dengan temperature pada kondisi non adiabatis.

Pengaruh Temperature Pendingin Terhadap Konversi Akhir pada

reaktor Non adiabatis

Sama sperti mbuata kurva sebelumnya dengan memvariasikan

temperatur pendingin yang digunakan pada reaktor non-adiabatis

maka dapat ditentukan temperatur optimum pendingin dimana

temperatur pendingin yang akan memberikan konversi yang

maksimum.

Pengaruh Temperatur Pendingin

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350

Ta , C

X

To=270 C

To=240 C

Page 40: simulasi amonia

Dari grafik dapat dilihat untuk To = 240 C, temperatur air pendingin

optimum adalah 260 C dan untuk To = 270 C, temperatur air

pendingin optimum adalah 225 C. Pada temperatur air pendingin

dibawah 260 C, konversi untuk To = 270 C jauh lebih besar

daripada konversi untuk To = 240 C untuk temperatur air pendingin

yang sama. Hal ini dikarenakan pada bagian temperatur air

pendingin dibawah 260 C, konversi masih dibatasi oleh laju reaksi

dan karena temperatur umpan 270 C lebih besar maka konversinya

juga akan lebih besar (T ~ x untuk rezim laju reaksi). Akan tetapi

saat temperatur air pendingin diatas 260 C, konversi untuk To =

240 C dan To = 270 C memberikan nilai yang hampir sama untuk

temperatur air pendingin yang sama. Hal ini disebabkan saat

temperatur air pendingin diatas 260 C, konversi telah dibatasi oleh

kesetimbangan termodinamis, sehingga konversi untuk To = 240 C

dan To = 270 C hampir sama. Dengan demikian untuk temperatur

air pendingin diatas 260 C, variasi temperatur umpan kurang

berpengaruh terhadap nilai konversi akhir.

Dapat dilihat dari smulasi yang dilakukan pada kondisi reaktor

adiabatis, adiabtis dengan interstage cooler , non adiabatis , dan

dengan absorber dan suplai N2 dan H2 hasil konversi terbesar pada

kondisi reaktor adiabtis + interstage cooler dengan absorber NH3

dan suplai H2 dan N2 yakni sebesar 0.68628 dengan hasil produksi

NH3 sebesar 2570.74 ton /hari(1 tube).