Ba%lina 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 :
1.1. 1.1. Desa Desain in Bub Bubble ble Colu Column mn Rea Reakto ktorr
Skema perhitungan yang diperlukan antara lain : 1.1.1. onstanta e!e"atan Reaksi Dan #aktu #aktu Reaksi Pa$a Reaktor • Liquid Umpan WL !kg"jam# $%& !kmol"jam# ' !kg"m(# )% !m("jam# •
*as Umpan W* !kg"jam# $+& !kmol"jam# ' !kg"m(# )+ !m("jam#
Persamaan Archenius :
Dimana : k
% e -."/0
k
1 σ A + σ B 1
N 24
(
2 2 + e M A M B
3,π , K ,T
Le7enspiel#
8eterangan : σ%
diameter molekul %
σ+
diameter molekul +
9
bilangan a7ogadro
263
− E " RT
!5ers1(6
8
konstanta +oltmann
;%
berat molekul %
;+
berat molekul +
.
energi akti7asi
/
konstanta umum gas
•
σ% 2,23 !)%#2"(
!5ers22<2= >;Smith#
•
σ+ 2,23 !)+#2"(
!5ers22<2= >;Smith#
Energi Aktivasi
∆?163 < /0
.
!5ers1<=@ Le7nspiel#
!kkal"mol# Sehingga A 1 σ A + σ B 8 1
N 24
(
2 2 + e M M A B
3,π , K ,T
!cm("mol det A m(" 8mol Det A m("kmol jam#
Waktu Reaksi
Data Bang 5erlu Diketahui : 8on7ersi
!C#
Laju alir massa
!kg"jam#
Densitas campuran
!kg"m(#
)olumetrik florate, E
laju alir massa densitas
!m("jam#
;ol liquid umpan mula
!kmol"jam#
266
− E " RT
8onsentrasi mula
*
n AO volumetrik flowrate
!kmol"m(#
;ol gas umpan mula
!kmol"jam#
8onsentrasi mula
=
n AO volumetrik flowrate
!kmol"m(#
Sehingga A F%
F%o !2 < G%# !kmol"m(#
F+
F+o - b"a !F%o - F%# F+o - b"a !F%o - F%o !2
%sumsi persamaan reaksi mengikuti reaksi orde kedua, sehingga : ln
C B , C Ao C Bo , C A
; ln
t
F%o !; - b"b# k t2
C Bo C Ao
C B , C Ao C Bo , C A
F%o !; < b"a# k t2
2 =
F%o !; < b # k a
ln
C B C Ao C Bo C A
144
t !jam A menit#
1.1.+. Desain ,essel Menghitung ,olume Reaktor( ,R a.
Untuk menentukan 7olume reaktor plug flo !5$/# digunakan persamaan : 9eraca massa 5$/ : Input
&utput
$%&
$% H
H
/eaksi
!
Dalam keadaan steady state,
H
%ccumulasi
dC A
dC A dt
dt
4
Sehingga : $%&
$% H !
Dimana :
$% $%& !2 - G%#
;aka, )
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
Untuk densitas konstan, τ t
!&cta7e Le7enspiel, hal 22J#
;aka : )
τ E tE !m(#
$aktor keamanan, f
14 C
142
)olume total, )total
!244C H 14C# x ) !m(#
b.
Menghitung Ukuran olom Reaktor
5erbandingan tinggi kolom terhadap diameter kolom !?"D# berada pada range = <21 !5erryKs ed @, hal : 1( < =6# Untuk +ubble Folumn terdiri dari silinder shell dengan dua tutup ellipsoidal, ditentukan dimensi : ! R
= 21
" =
R
!0abel ( Walas#
=
Dengan : ? 0inggi silinder h 0inggi ellipsoidal D/ Diameter reaktor
a
Diameter reaktor, D/ )/
)silinder H )ellipsoidal
)/
D/
π
=
π
=
π ( R 1=
R ! + 1 1
1
R ( J R )
26 21
π R
+
π
21
R
(
21 V R
(
!m#
26 π
141
(
b
0inggi silinder, ? ! R
?
= 21 21 D/ !m#
c
0inggi ellipsoidal, h " =
R =
!m#
d
0inggi reaktor, ?/ ?/ ? H 1 h !m#
e
;enghitung ketebalan dinding reaktor, t untuk silinder
:
t
untuk ellipsoidal head
:
t
$
⋅
r
' ⋅ E & 4 %J ⋅ $
+ C
$ ⋅ 1'
⋅ E & 4 %1 ⋅ $
+ C
!5eters, 0abel =#
!.
Menghitung Desain Per'orate$ Plate
+erdasarkan literatur 0reyball
hal 2=4, digunakan sparger yang berbentuk
lingkaran dengan diameter orifice yang memiliki range 2 mm - mm a#
Diameter bubble, d+
14(
d+
J,d O ,σ ,) * ( ,∆ ρ
2
(
!5ersJ2
0reyball#
Dengan : d&
!mm A cm#
σ
!dyne"cm#
g
!cm"s1#
qc
(r , *m " s 1 2 d+ne
∆ ρ
ρ -
− ρ ,
!g"cm(#
maka : d+
J,d O ,σ ,) * ( ,∆ ρ
2
(
!cm A mm#
b#
Luas tiap lubang orifice, %& %&
d O
1
π
=
!cm1#
c#
)olume tiap bubble, )+ (
)+
d B π J
!cm(#
d#
Laju 7olumetrik gas pada tiap lubang, E
14=
( +
d
JQ
2,(@3
J
(
(
π
L
!5ers 23(2 L
5erry#
E
J
(
(
L
d B π ( L
(2,(@3)( J)
!cm("det#
e#
8ecepatan gas masuk pada tiap lubang, Ug Ug
Q AO
!cm"det#
f#
8ecepatan terminal bubble, Ut Ut
1σ + !4,L, d B , ( # d B ,ρ (
!5ers @==
Decker#
!cm"det#
g#
*as hold up, ε (
=
ε g
4,4JJ2,. (
4,J6
!5ers @1 b
2 + 4,4JJ2,. (
Decker#
!C#
h#
8ecepatan superfacial gas, Us Us U t
{(2 − ) − } ε (
n 2
!5ers @2
Decker#
14
Dengan : n fungsi /eynold 9umber di bubble 1,(6
!?al 2J3 Decker#
maka,
{
Us Ut (2 − ε ( )
2,(6
}
!cm"det#
i#
Interfacial area bubble per unit 7olume liquid, a a
J ,ε (
d B
!cm<2 A m<2#
j#
Diameter perforated plate, D pp %sumsi : jarak antara dinding reaktor dengan lubang orifice terluar ditentukan ( inchi @,J1 cm D/ D pp H 1 !@,J1 cm# D pp D/ - 1 !@,J1 cm# !cm A m#
k#
Luas perforated plate, % pp % pp
, //
π
1
=
!m1#
l#
>umlah lubang orifice, 9or 9or 4,16
d O R 4,443( - / ε (
1
4 , 16
Dengan :
14J
L p jarak pitch ε (
!in A m#
gas hold up
!C#
do diameter orifice !m# D/ diameter reaktor
!m#
maka, 9or 4,16 9or
d O R 4,443( - / ε (
1
4 , 16
!hole#
1.1.-. Desain aket Pen$ingin id
OD
H
eterangan Data /ang Diketahui
&D
&utside diameter /<42
!m#
?
0inggi silinder
!m#
id
Diameter reaktor beserta jaket bagian dalam
$lorate cooling ater !m#
!kg"jam#
Densitas air (4 oF !ρ#
!kg"m(#
/esidence time
!jam#
14@
)olumetric florate air pendingin
m ρ
!m("jam#
)olume jaket air pendingin
)olumetric florate x /esidence time !m(#
) >aket
!)olume /eaktor H >aket# - !)olume /eaktor#
) /eaktor H >aket
)olume Silinder H )olume head ellipsoidal !1:2#
) /eaktor
2
π
=
!id # 1 ! +
2
π
1=
!id # (
)olume Silinder H )olume head ellipsoidal !1:2#
2 =
π
!O# 1 ! +
2
π
1=
!O# (
;aka : ) >aket
2 π !id # 1 ! + 2 1= =
π
) >aket
!id #
(
2 =
− 2 π !O# 1 ! + 2 1= =
π !
(id 1 − O 1 ) −
2 1=
π
π
!O#
(
(id ( − O ( )
>ika disubstitusikan data yang diketahui dari persamaan ini akan didapat harga id ,
dalam ! m #
0ebal jaket pendingin
id - O !m#
143
