Balina Da!ami A"rah# $T.# MT.# M.Eng
BUBBLE COLUMN REACTOR 1. Perhitungan Perhitungan Desain Desain Bubble Colum Reaktor
Dalam perhitungan perhitungan spesifikas spesifikasii bubble column reaktor pada proses oksidasi oksidasi paraxylene menjadi terephthalic acid, terskema sebagai berikut : T = 112 ° = !"# °$ % = # atm = #&'((2# bar
1.1. 1.1. Desa Desain in Bub Bubble ble Colu Column mn Rea Reakto ktorr
)kema perhitungan yang diperlukan antara lain : Diketahuni: *ilai k : ',+( s
-.esarchgate/
0aktu ktu rea reaks ksii : jam jam = !(' !(' meni menitt
-) -) %at %aten ents ts//
3enentukan Diffusi4itas 5as
-oulson, hal !!1/ $et : = 1(,(
= 1+2,( Dv = Difusivity T = Temperature emperature Mr O2 = Berat molekul Mr !9"12 = Berat molekul $ = teka%a%
385 31.998 12#.195 5.1
16"
m2/s K K/kmo l K/kmo l Bar
Dv = 2.#2111&'#( 3enentuka 7ilangan 8atta
m2/s
"a = #.#11#519#)
166
1.1.1. Desain %essel Menghitung %olume Reaktor# %R a.
ntuk menentukan 4olume reaktor plug flo9 -%./ digunakan persamaan : *eraca massa %. : ;nput
=
><
= >
.eaksi
-?r>/ @
Dalam keadaan steady state,
>ccumulasi
dC A
dC A dt
dt
='
)ehingga : ><
=
> -?r >/ @
Dimana :
> = >< -1 A B>/
3aka, @ =
τ
=
τ
=
τ
=
F AO X A
− r A V vo
=
V C Ao F Ao
=
C Ao & X A
− r A
V vo V Q
ntuk densitas konstan, τ = t
-
= massadensitas = 2&11#!12+ m!jam
3aka : @
= τ & =t& = "&#(#" -m!/
2''
aktor keamanan, f
= 2' E
@olume total, @total
= -1''E 2'E/ x @ = 1'&2+"6+#'1 -m!/
b.
Menghitung Ukuran &olom Reaktor
%erbandingan tinggi kolom terhadap diameter kolom -8D/ berada pada range ?12 -%erryFs ed +, hal : 2! ? 6/& ntuk 7ubble olumn terdiri dari silinder shell dengan dua tutup ellipsoidal, ditentukan dimensi : H D R
=
h =
D R
-Tabel !& 0alas, hal (2#/
Dengan : 8 = Tinggi silinder h = Tinggi ellipsoidal D. = Diameter reaktor
a&
Diameter reaktor, D. @.
= @silinder @ellipsoidal
@.
= = =
D.
=
π
π
2
D R ( D R ) + 2
1! 12
!
π D ! R 2
D R H + 2
π D R
π
12
D R
!
12 V R 16 π
= 1,#+2('6 m
2'1
!
= &+!16#6"+ ft
b&
Tinggi silinder, 8 H D R
8
= = & D. = #&+"26'!(2 -m/ = 1"&6(+62(!1 ft
c&
Tinggi ellipsoidal, h h =
D R
= '&!(1!1#2! -m/
d&
Tinggi reaktor, 8. 8. = 8 2 h = (&#'#+(+'+ -m/
e&
3enghitung ketebalan dinding reaktor, t9 untuk silinder
:
tw
2'2
=
P
⋅
r
S ⋅ E - ' ,(
⋅ P
+ C
3enentukan tekanan design %total = %operasi %hidrostatis = +!&+6+# psi = +!&+6+# psi 11.5*2*5 = 85.#525# psi = 5.*8*)82*3) atm
$ = & = r s
= = =
=
85.#52 5 $0 #.85 2.3*15 98 t 18*## psi #.#125 ).*)31 9(
+$eters, -al 551
T9 = '&1!++!1'# in 3aka dipilih tebal !1( in
-7ronell, hal 6/
7ahan yang dipakai : 8igh?alloy steel for cladding and corrosion resistance )tainless !' -)>?2'/
untuk ellipsoidal head
:
t
=
P ⋅ D 2S
⋅ E - ' ,2 ⋅ P
+ C
= '&1!+(6(6+ in -%eters, Tabel hal ##'/
'.
Menghitung Desain Per"orate( Plate
7erdasarkan literatur Treyball
hal& 1', digunakan sparger yang berbentuk
lingkaran dengan diameter orifice yang memiliki range 1&# mm A ! mm&
2'!
a/
Diameter bubble, d7 d7
(&d O &σ &q c g &∆ ρ
=
1
!
-%ers&(&1&
Treyball/
Dengan : d<
= ',! -cm/
σ
= 98.9)2*88) -dynecm/
g
= 6"' -cms2/
Gc
gr & cm , s 2 = 1 dyne
∆ ρ =
ρ !
− ρ
= 1&+ -gcm!/ Tea%a% $ermukaa% 4ormula !9"12 !9"12O2 !8"1# "2O Total
(3.8 53.18) (( 132.(*)
T % (31.15 1.3#5( ))2.* 1.1)#( (1*.1* 1.2(8 ()*.13 #.955
maka : d7
(&d O &σ &q c = g &∆ ρ
1
!
= '&6+((#'(+ -cm/
b/
Cuas tiap lubang orifice, >< >< =
d O
2
π
2'
ima +y%e/m 18.((#2*(9) 5.2#5#58)35 19.1#52522( 55.9*22##*( 98.9)2*88)
= '&'+'(# -cm2/
c/
@olume tiap bubble, @7 !
@7 =
d " &π (
= '&'(#'+" -cm!/
d/
Caju 4olumetrik gas pada tiap lubang, ! 7
d
= 1,!+"
(Q
(
g
!
π
#
-%ers& 1"&!1& #
%erry/
=
(
!
#
!
d " &π &g #
(1,!+")( ()
= 2&'6+(!6( -cm!det/
e/
$ecepatan gas masuk pada tiap lubang, g g =
Q AO
= !&##'2(+# -cmdet/
f/
$ecepatan terminal bubble, t t =
2σ + -'&#& d " & g / d " &ρ g
Deck9er/
= 2!"&'1#22'+ -cmdet/
g/
5as hold up,
ε g
2'#
-%ers& +&&
ε g
=
'&'((1&# g
'&(6
-%ers& +&2# b&
1 + '&'((1&# g
Deck9er/ = '&2!16!1#(
= 2!,16!1#( -E/
h/
$ecepatan superfacial gas, s -laju aliran udara pada kolom yang kosong/ s = t &
{(1 − ) − } ε g
n 1
-%ers& +&1#&
Deck9er/
Dengan : n = fungsi .eynold *umber di bubble = 2,!6
-8al 1("& Deck9er/
maka,
{
s = t (1 − ε g )
1,&!6
}
= 1(&6!1(2 -cmdet/
i/
;nterfacial area bubble per unit 4olume liGuid, a a =
( &ε g
d "
= 2&+6(2!(+++ -cm?1 H m?1/
j/
Diameter perforated plate, D pp >sumsi : jarak antara dinding reaktor dengan lubang orifice terluar ditentukan ! inchi = +,(2 cm& D. = D pp 2 -+,(2 cm/ D pp = D. A 2 -+,(2 cm/ = 126&!!2('6 -cm/
2'(
k/
Cuas perforated plate, > pp > pp =
& D $$
π
2
= 1&!1!'(!#1# -m2/
l/
Iumlah lubang orifice, *or *or ',26 =
d O & D R ',''"! ! $ ε g
2
' , 26
Dengan : C p = jarak pitch ε
g
= '&''!# -m/
= gas hold up
= 2!&16!1#('! -E/
do = diameter orifice = '&''! -m/ D. = diameter reaktor
= 1&#+2('6 -m/
maka, *or ',26 = *or
d O & D R ',''"! ! $ ε g
2
' , 26
= !!'6&1#+(( -hole/
2'+
j& 3enghitung %endingin .eaktor Dipilih pendingin coil dengan media pendingin air )uhu masuk
= !'o
)uhu keluar
= #'o
Dengan :
: jumlah panas yang harus diserap
= 2'662#2&!2( btujam
p
: panas jenis pendingin
= &16!"6#(# $j$g
Dt
: beda suhu pendingin
= 2'o
3aka diperoleh : 0a = !""'6&2"2'# lbjam Dipilih diameter pipa coil 2 inch, ' sch Dari tabel 11& $ern:
'
= 2,'(+ in
>t
= !,!# in2
>tF
= ',(22 sGftft
3enghitung luas transfer panas
luas perpindahan panas yang diperlukan :
2'"
3aka diperoleh :
= 2("&!1'2"6
3aka luas perpindahan panas :
= 1#(&(1# ft2 Diameter lilitan = !&6!+''" ft = 1&2 m Cuas perpindahan panas per coil : >F
= >tF& &Dc = +&("6261#"# sGft
Iumlah lilitan : *t
= >o>F = 2'&!+6+(#!
Diambil jumlah lilitan -*t/ = 21 lilitan %anjang total coil : C
= >o>tF = 2#1&##"#6+ft
2'6
Tinggi lilitan coil minimum yaitu jika coil disusun tanpa jarak, yaitu : 8min = *t&
= 8min -*t ?1/&pt12 = #(&((((((+ in = 1&!""2#!!! m
Iadi, tinggi cairan lebih tinggi dari tinggi coil&
21'
211
212
21!
1.1.). Desain *aket Pen(ingin id
OD
H
&eterangan Data +ang Diketahui
=
= -m/
8
= Tinggi silinder
= -m/
id
= Diameter reaktor beserta jaket bagian dalam
lo9rate cooling 9ater -m/
= -kgjam/
Densitas air !' o -ρ/
= -kgm!/
.esidence time
= -jam/
@olumetric flo9rate air pendingin
=
m ρ
= -m!jam/
@olume jaket air pendingin
= @olumetric flo9rate x .esidence time
21
= -m!/
@ Iaket
= -@olume .eaktor Iaket/ A -@olume .eaktor/
@ .eaktor Iaket
= @olume )ilinder @olume head ellipsoidal -2:1/ =
@ .eaktor
1
π
-%d / 2 H +
1
π
2
-%d / !
= @olume )ilinder @olume head ellipsoidal -2:1/ =
1
π
-OD / 2 H +
1
π
2
-OD / !
3aka : @ Iaket
1 π -%d / 2 H + 1 2
=
π
@ Iaket
1 π -OD/ 2 H + 1 2
! -%d / −
=
1 2 π H ( %d
− OD 2 ) −
π
! -OD /
1 ! π ( %d 2
− OD ! )
Iika disubstitusikan data yang diketahui dari persamaan ini akan didapat harga %d ,
dalam - m /
Tebal jaket pendingin
= %d A OD =-m/
21#
