A. Tipe : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB)
B. Alasan Pemilihan :
1. Reak Reaksi si dija dijala lank nkan an dala dalam m kond kondis isii isot isoter erma mall sehi sehing ngga ga suhu suhu dan dan komp kompos osis isii campuran dalam reaktor yang harus selalu sama bisa dipenuhi dengan pemakaian reaktor jenis RATB karena ada pengadukan. 2. Fase reaktan reaktan adalah cair sehingga sehingga memungkinkan memungkinkan penggunaan penggunaan reaktor reaktor RATB. RATB. 3. Menghi Menghinda ndari ri adanya adanya bagian yang yang suhunya suhunya sangat tinggi tinggi sebab sebab dengan dengan adanya adanya pengadukan diharapkan suhu di semua titik di reaktor adalah sama.
C. Tinjauan Proses Secara Umum
Proses pembuatan dioctyl phthalate dilakukan di dalam reaktor alir tangki berpengaduk (RATB), dimana bahan baku yang berupa 2-ethyl ethyl hexanol dan phthalic phthalic anhydride anhydride
sert sertaa kata katali liss yang yang beru berupa pa H2SO4 dimasu dimasukkan kkan secara secara
bersamaan melalui bagian atas reaktor. Reaksi pembuatan dioctyl phthalate merupakan reaksi esterifikasi antara phthalic anhydride
dengan 2-ethyl hexanol menggunakan katalis asam sulfat 96
%. Reaksi esterifikasi phthalic anhydride dan 2-ethyl hexanol dengan katalis H2SO4 menghasilkan dioctyl phthalate terjadi selama 1 - 3 jam.
D. Spesifikasi Bahan Baku, Bahan Pendukung dan Produk Spesifikasi bahan baku
1. Phthalic Anhydride (PA) a. Bentuk b. Kemurnian
: Kristal putih : 99,95 %
c. Impu Impuri rita tass (Maleic Anhydride): 0,05 % 2. 2-Ethyl Hexanol (2-EH) a. Bentuk
: Cairan tidak berwarna
b. Kemurnian
: 99,9 %
c. Impu Impuri rita tass (H (H2O)
: 0,1 %
Spesifikasi bahan pendukung
1. Asam Asam sulfat sulfat (sebag (sebagai ai katali katalis) s) a. Bentuk
: Cair
b. Kemurnian
: 96 %
c. Impurit ritas (H2O) : 4 % 2. Natrium Natrium hidroks hidroksida ida (sebagai (sebagai penetral penetral asam sulfat) sulfat) a. Bentuk
: Cair
b. Kemurnian
: 50 %
c. Impurit ritas (H2O) : 50 % Spesifikasi produk
1. Dioctyl phthalate phthalate (DOP) a. Bentuk
: oily liquid
b. Kemurnian
: 99,21 %
c. Impu Impuri rita tass : Ethyl hexanol - 2- Ethyl
: 0,22 %
- Maleic anhydride
: 0,02 %
- Monooctyl phthalate : 0,55 %
E. Mekanisme reaksi
Reaksi esterifikasi phthalic anhydride dan 2-ethyl hexanol dengan menggunakan katalis H2SO4 terdiri atas dua tahap, yaitu : 1. Tahap pertama O C2H5 C C6H4
C
O + C4H9
CH
C2H5 CH2OH → C6H4
COOCH2
CH C4H9
COOH
O Phthalic anhidride
2-Ethyl hexanol
Monooctyl phthalate
Pada tahap pertama dijelaskan bahwa proses berlangsung secara cepat dan eksotermis. 2. Tahap kedua C2H5 COOCH2 C6H4 COOH
CH
C2H5 C2H5
C4H9 + C4H9
CH
CH2OH → C6H4
COOCH2
CH
C4H9 + H2O
COOCH2
CH
C4H9
C2H5 Monooctyl phthalate
2-Ethyl Hexanol
Air
DOP
Pada tahap ini, terbentuk dioctyl phthalate yang disertai dengan pelepasan air. Reaksi pada tahap ini berjalan sangat lambat, dan memerlukan temperatur tinggi serta katalis.
(CIC, Juni 1999) Karena reaksi tahap pertama berlangsung cepat dan reaksi tahap kedua berjalan
sangat lambat maka reaksi yang menentukan adalah reaksi tahap kedua.
F. Kondisi operasi
Proses pembuatan dioctyl phthalate dilakukan pada suhu 150 C dan °
tekanan 1 atm.
(Marshall Sittig p.227)
G. Tinjauan Termodinamika 1.Penentuan jenis reaksi
Data : reaksi : PA + 2 ( 2-EH ) → DOP + H2O ∆
H H2O (298 K)
= -241,8 KJ / mol
∆
H DOP (298 K) = -966,72 KJ / mol
∆
H PA (298 K)
∆
H 2-EH (298 K) = -365,30 KJ / mol
= -393,13 KJ / mol
(Carl L. Yaws “Chemical Properties Handbook ”) ∆
H298 = ∆ H produk - ∆ H reaktan = ( -241,8 + (-966,72) ) - ( -393,13 + 2.(-365,30) ) = -84,79 KJ / mol
∆
Hr bernilai negative maka reaksi bersifat eksotermis.
2.Penentuan arah reaksi
Diketahui : ∆
G DOP (298 K) = - 406,30 kJ / mol
∆
G H2O (298 K)
∆
G 2-EH (298 K)= - 118,88 kJ / mol
∆
G PA (298 K) = - 329 kJ / mol
= - 228,6418 kJ / mol
(Carl L. Yaws “Chemical Properties Handbook ”)
Perubahan energi Gibbs dapat dihitung dengan persamaan : ∆
G 298 = - R T ln K
(J.M. Smith and H.C. Van Ness, 1975)
dimana : ∆
G 298
= Energi bebas Gibbs standar suatu reaksi pada 298 K (kJ / mol)
R
= Konstanta gas (R = 8,314 10-3 kJ /mol . K)
T
= Temperatur (K)
K
= Konstanta kesetimbangan
reaksi : PA + 2 ( 2-EH ) → DOP + H2O ∆
G 298 = (∆ G 298) produk - (∆ G 298) reaktan
∆
G 298 = ( -406,30 + (-228,6418) ) - ( 2.(-118,88) + (-329) ) = -68,1818 kJ / mol
∆
G 298 = -R T ln K
-68,1818 kJ / mol = -8,314 10-3 kJ /mol . K x 298 K x ln (K) -68,1818 kJ / mol = -2,4776 kJ /mol x ln (K) ln K = 27,5196 K
= 8,9474 . 1011
Dari persamaan : Ln ( K / K 1 ) = - ( ∆ H298 / R ) x ( 1 / T - 1 / T1 ) ( J.M. Smith and H.C. Van Ness, 1975) dimana : K 1
= Konstanta kesetimbangan pada temperatur tertentu
T1
= Temperatur tertentu (K)
∆
H298 = Panas reaksi pada 298 K
data panas reaksi pada 298 K :
Pada suhu
T1 = 150 C = 423 K besarnya konstanta kesetimbangan dapat °
dihitung sebagai berikut : Ln ( K / K 1 ) = - (∆ H298 / R ) x ( 1 / T - 1 / T1 ) Ln ( 8,9474 . 1011 / K 1 ) = -( -84,79 / 8,314 10-3 ) x ( (1/ 298)- (1/423) ) Ln ( 8,9474 . 1011 / K 1 ) = 10,1132 ( 8,9474 . 1011 / K 1 ) K 1
= 24.667,7907 = 36.271.697,69
Karena harga K sangat besar maka reaksi bersifat searah/irreversibel H.Tinjauan Kinetika
Reaksi di Reaktor : 1. PA + 2-EH
k 1
MOP
reaksi berlangsung sangat cepat 2. MOP + 2-EH
k 2
DOP + H2O
berlangsung lambat dan membutuhkan katalis (menentukan jalannya reaksi) (WWW.Dupont.Com) dapat ditulis : 1. A + B → C 2 C + B → D + E
k2 = 5,1652.103.exp (-8.737,7762/R.T) L/kmol.s (Marshall Sittig p.227)
sehingga pada suhu = 150 °C besarnya k 2 : k 2 = 5,1652.103.exp( -8.737,7762 / 1,9872.(150+273) ) = 0,1580 karena reaksi pertama sangat cepat (k 1 >> k 2) maka persamaan kecepatan reaksinya adalah : -r B = 0.1580.CC.CB
I. Neraca Massa Reaktor
Komponen
BM
PA 2-EH MOP DOP H2SO4 H2O MAN Total
148,1180 130,2300 278,3480 390,5630 98,0790 18,0150 98,0580
Masuk Kmol 9,5480 19,0960 0 0 0,0377 0,1467 0,0072 28,8356
Kg 1414,2307 2486,8721 0 0 3,6976 2,6428 0,7075 3908,1506
Keluar Kmol Kg 0 0 0,0745 9,7021 0,0745 20,7369 9,4735 3699,9986 0,0377 3,6976 9,6202 173,3079 0,0072 0,7075 19,2876 3908,1506
Dari neraca massa diperoleh : CBo = 9,5480 kmol CC
= 0,0745 kmol
CB
= 0,0745 kmol
Dimana : CBo = jumlah mol 2-EH mula-mula CC
= jumlah mol MOP sisa
CB
= jumlah mol 2-EH sisa
J. Neraca Panas di Reaktor
Tujuan : Menentukan jumlah panas yang harus diambil pendingin sehingga reaktor bisa beroperasi secara isotermal. Pendingin yang digunakan adalah pendingin jaket Neraca Panas : Q in + Q reaksi = Q out + Q pendingin reaktor Mencari Q in :
Q in = Q1 + Q3 + Q5 T in = 150 C °
T ref = 25 C °
(H2SO4 masuk pada T = 30 C sedangkan PA dan MAN menggunakan T ref = 30 C) °
Komponen
m (kmol)
°
∫ Cp. dT
m. Cp. dT
Q1
H2SO4 H2O
0,0377 0,0086
701,5448 9469,1488 38587,512
26,4482 80,9809
Q3
2-EH H2O
19,0960 0,1381
4 9469,1488 23175,624
736867,1372 1308,143186
Q5
PA
9,5480
6 19507,361
496924,9143
7
140,7418 1235348,3656
MAN 0,0072 Total Q in = panas cairan masuk = 1.235.348,3656 KJ Mencari Q out :
Q out = Q8 + Q6 Mencari Q8 : Q8 = panas cairan keluar T8
= 150 C °
T ref = 25 C °
Komponen m (kmol)
∫ Cp. dT 38587,512
m. Cp. dT
2-EH
0,0625
4 65216,488
2410,3624
MOP
0,0744
4 93128,142
4854,8587
DOP
9,4731
0 18450,140
882208,3650
H2SO4 H2O
0,0376 2,6516
3 9469,1488 20260,198
694,4886 25108,6180
MAN 0,0064 6 Total 12,3057 Q8 = 915.407,0501 KJ
130,3574 915407,0501
Mencari Q6 : Q6 = Panas uap keluar Panas uap keluar = panas sensibel uap + panas laten uap Menghitung panas sensibel uap :
T6
= 150 C °
T ref = 25 C °
Komponen m (kmol)
∫ Cp. dT 29191,005
m. Cp. dT
2-EH
0,0120
6 45488,239
351,3187
MOP
0,0001
6 71680,117
2,6293
DOP
0,0004
2 11350,911
31,6255
H2SO4 H2O
0,0001 6,9686
2 4253,6941 15981,965
0,6655 29642,1928
5
12,4762 30040,9080
MAN Total
0,0008 6,9819
Panas sensibel uap =
laten uap : T6 = 150 C °
Komponen MOP DOP H2SO4 H2O
m (kmol) 12,0352 0,0578 0,4412 0,0586 6968,576
Hvap, KJ/mol Hvap, KJ 54,6258 657,4304 86,6706 5,0098 102,9172 45,4074 39,7284 2,3293
MAN Total
4 0,7806 6981,949
37,0363 49,2236
Total 9 Panas laten uap = 258.839,1197 KJ Q6 = panas sensibel uap + panas laten uap = 30.040,9080 + 258.839,1197 = 288.880,0277 KJ Q out = Q8 + Q6 = 915.407,0501 + 288.880,0277 = 1.204.287,078 KJ
258090,5170 38,4260 258839,1197
30.040,9080 KJ Menghitung
panas
Menghitung panas reaksi :
T = 25 C °
Komponen m (kmol) ∆ Ho (KJ/kmol) ∆ Hf (KJ) PA 9,548 -3,69E+05 -3518642,028 2-EH 19,0215 -3,81E+05 -7250865,343 DOP 9,4735 -1,10E+06 -10447666,19 H2O 9,4735 -2,43E+05 -2303002,563 ∆ H reaksi = ∑∆ Hf produk – ∑∆ Hf reaktan °
= (-10447666,19)+(-2303002,563) – ((-3518642,028)+(-7250865,343)) = -1.981.161,3862 KJ Q yang harus dihilangkan = Q out + Q reaksi – Q in = 1.204.287,078 + (-1.981.161,3862) - 1.235.348,3656 = -2.012.222,6741 KJ jadi Q pendingin = -Q yang harus dihilangkan = 2.012.222,6741 KJ = 1.907.211,603 Btu K.Perancangan Reaktor I.Menghitung Volume Reaktor
Komponen masuk reactor Densitas campuran pada suhu = 150 °C (Carl . L Yaws "Chemical Properties Handbook ") Komponen
Kg 1414,230
ρ (kg/m3)
PA
7 2486,872
1191,9660
1,1865
2-EH MOP DOP H2SO4 H2O MAN
1 0 0 3,6976 2,6428 0,7075 3908,150
725,9672 922,8431 869,9057 1674,5946 903,1392 1192,7285
3,4256 0 0 0,0022 0,0029 0,0006
Total
6
Debit reaktor = 4,62 m3/jam
Debit (m3/jam)
4,62
Debit reaktor =
V t
Waktu reaksi pembentukan dioctyl phthalate dari phthalic anhydride dan 2-ethyl hexanol dengan katalis asam sulfat adalah antara 1 sampai 3 jam. (Marshall Sittig p.227) diambil waktu reaksi = 3 jam, sehingga: Volume Reaktor = Debit reaktor . Waktu tinggal reaktor = 4,62 m3/jam . 3 jam Maka didapatkan volume reaktor yang akan dirancang = 13,86 m3 Diambil faktor keamanan = 20 % Volume Perancangan sesungguhnya
= (1 + 20 %) . 13,86 m3 = 16,63 m3
= 4392,77 galon = 587,38 ft3
I. Menghitung Dimensi Utama Reaktor
Bentuk : Silinder Tegak, bentuk atap dan dasarnya tori spherical ( digunakan untuk tekanan < 200 Psia ) V head = 0,000049 D3
(Brownell . 5.11)
Diambil : H = 2 D
(Rase, Tabel 8)
Volume reaktor = volume silinder + 2 . volume head V = 1 .π .2. D 3 4
+
2.0,000049. D
3
587,3751 = 1,57 D3 + 0,000098.D3 587,3751 = 1,570098.D3 D3 = 374,1009 ft3 D = 7,21 ft = 2,2 m = 86,47 in Ht
=2.D = 2 . 2,2 m = 4,4 m = 14,41 ft = 173,23 in
II. Menentukan Tebal Dinding Reaktor
P.ri t = f.E −0,6.P +C
dimana : t = tebal dinding reaktor ( in )
(Brownell 13.1)
P = Tekanan perancangan ( over design 20 % ) = 17,64 Psi ri = jari - jari dalam tangki = 43,23 in Direncanakan bahan konstruksi dipilih dari Stainless Steel SA 240 karena cairan dalam reaktor mengandung H2SO4 Allowable stress ( f )
= 15.600 Psi
Corrosion Allowance ( C )
= 0,125
Efisiensi Pengelasan
= 85 %
(Brownell p.342)
sehingga tebal dinding reaktor :
+ 0,125 .0,85 − 0,6.17 ,64
17 ,64 .43 ,2333
t = 15600
= 0,1826 in digunakan tebal standar dinding reaktor = 0,3125 in
(Brownell p. 90)
= 0,0079 m = 0,0024 ft III. Menentukan Tebal Head
P .r .W
t head = 2. f . E − 0,2. P + C
(Brownell 7.77)
OD head = ID shell + 2 . ts = 86,4666 in + 2 . 0,3125 in = 87,09 in dipakai standar OD = 90 in
(Brownell p. 90)
dari tabel 5.7 Brownell untuk OD = 90 in dan t = 0,3125 in diperoleh : icr = 5 1/2 r
= 90
Untuk r / icr > 6 % W = ¼.( 3 + ( r / icr ) 0,5 )
(Brownell 7.76)
W = ¼.( 3+( 90 / 5,5 )0,5 ) = 1,7613 17 ,64 .90 .1,7613 sehingga : t head = 2.15600 .0,85 − 0,2.17 ,64 + 0,125
= 0,23 in
Untuk perancangan diambil tebal standar = 0,25 in = 0,0064 m IV. Menentukan Tinggi Head
Untuk tebal head 1/4 in, maka : standar straight flange (sf) = 1,5 – 2,25
(Tabel 5.8 Brownell)
dipilih sf = 2 dari pers. di fig. 5.8 Brownell BC = r - icr = 90 – 5,5 = 84,5 in AB= ( ID/2) – icr = (86,4666 / 2) – 5,5 = 37,73 in AC= ( BC2 - AB2 )0,5 = ( 84,5 2 - 37,7333 2 )0,5 = 75,6072 in b = r - AC = 90 - 75,6072 = 14,39 in Tinggi head ( OA ) = t head + b + sf = 0,25 + 14,3928 + 2 = 16,6428 in = 0,42 m = 1,39 ft Tinggi reaktor total
= H + 2 (OA) = 4,3925 + 2 . 0,4227 = 5,24 m = 17,18 ft
V. Menghitung Dimensi dan Daya Pengaduk
1. Menghitung dimensi pengaduk Untuk Pengaduk dipilih : Turbin dengan 6 blade dengan 4 baffle dari fig 477. Brown didapatkan : Untuk pengaduk jenis turbin dengan 6 blade dengan 4 baffle (6 blade plate turbin impeller with
4 baffle) didapat pers :
Zi / Di = 0,75 - 1,3
Dt = diameter dalam reaktor
Dt / Di = 3
Zi = jarak pengaduk dari dasar reaktor
L / Di = 0,25
Di = diameter pengaduk
W/Dt = 0,1
L = panjang blade W = lebar baffle
dari perhitungan sebelumnya diketahui : Dt = 4,675 ft maka : Di = Dt / 3 = 1,558 ft = 0,475 m Zi = 1,3 . Di = 2,026 ft = 0,6175 m L = 0,25 . Di = 0,389 ft = 0,1187 m W = 0,1. Dt = 0,467 ft = 0,1425 m Mencari tinggi cairan di dalam reaktor (ZL) : V bahan = 0,25 . 3,14 . Dt2 . ZL + 0,000049 . Dt3 133,695 = ZL . 0,25 . 3,14 . 4,675 2 + 0,000049 . 4,6753 ZL = 7,792 ft = 2,375 m 2. Menghitung daya pengadukan (P) kecepatan pengadukan dihitung dengan persamaan : 2
π . Di .N = 600
WELH
2. Di
(Rase 8.8)
dimana : WELH = Water Equivalent Liquid Height , ft WELH = ZL. specific gravity of liquid Di N
= Diameter pengaduk, ft = Kecepatan pengadukan, rpm
menghitung ρ campuran (Carl . L Yaws "Chemical Properties Handbook ") Komponen 2-EH MOP DOP
Berat (kg) fraksi berat (xi) 9,7021 0,0025 20,7369 0,0053 3699,9986 0,9467
ρi 0,7260 0,9228 0,8699
xi / ρi 0,0034 0,0057 1,0883
H2SO4 H2O MAN Total
3,6976 173,3079 0,7075 3908,1506
0,0009 0,0443 0,0002
1,6746 0,9031 1,1927
0,0006 0,0491 0,0002 1,1473
ρ campuran = (1 / Σ ρi.xi) = 1 / 1,1473 = 0,87 gr/cm3 Specific gravity of liquid
= 0,8716
WELH = 12,0065 . 0,8716 ft = 10,46 ft Number of turbine
= WELH / D
(Rase. 8.9)
= 10,4649 ft / 7,2055 ft = 1,45 WELH
diambil jumlah turbin = 2
2. Di
2
π . Di .N = 600
0, 5
WELH 2. Di N =
x 600
3,14 . Di
0,5
10 ,4649 2.2,4018 N =
x 600
3,14 .2,4018
N = 117,43 rpm = 1,96 rps menghitung µ campuran
(Carl . L Yaws "Chemical Properties Handbook ")
Komponen fraksi berat (xi) 2-EH 0,0025 MOP 0,0053 DOP 0,9467 H2SO4 0,0009 H2O 0,0443 MAN 0,0002 Total 1 µ campuran = 1 / (∑xi/µi)
µi 0,3906 0,9954 0,2010 3,2253 0,1826 0,5995
xi / µi 0,0064 0,0053 4,7096 0,0003 0,2428 0,0003 4,9647
= 1 / 4,9647 = 0,2014 cp = 0,00014 lb/ft.s = 0.4873 lb/ft.jam N Re
= N . Di
2
. ρ
µ
Dimana :
N = 1,9571 rps Di = 2,4018 ft = 28,8216 in = 54,4142 lb/ft3
ρ
μ = 0,00014 lb/ft.s N Re
= 1,9571
.2,4018
2
.54 , 4142
0,00014
= 4.538.872,51
dari fig. 8.8 Rase, diperoleh harga Np sebesar : Np = 5,5 besarnya daya yang dibutuhkan untuk pengadukan : = 3,52 .10
P
3 5 ρ N Di . Np . . . 62 ,4 60 12
−3
(Rase fig. 8.8)
Dengan N = Kecepatan putar pengaduk (rpm) Np = Power number Di = Diameter pengaduk (in) = Densitas cairan (lb / ft3)
ρ
3
P = 3,52 .10
5
54,4142 . 117,4255 . 28,8216 .5,5 . = 10,12 hp 12 62 ,4 60
−3
jadi daya yang dibutuhkan untuk pengadukan adalah sebesar = 10,12 hp untuk perancangan dipilih motor dengan daya = 10,5 hp = 7,87 kW VI. Menghitung Koefisien Perpindahan Panas dari Tangki Reaktor ke Jaket
Mencari harga hi : 2
hi . Di k
1
0,14
L2 . N . ρ 3 Cp . µ 3 µ . . = 0,62 . k µ µ w
(Copey 7.16)
menghitung properties cairan di reaktor pada suhu 150 °C : menghitung Cp campuran (Carl . L Yaws "Chemical Properties Handbook ") Komponen fraksi mol (xi) 2-EH 0.0039 MOP 0.0039 DOP 0.4912 H2SO4 0.0020 H2O 0.4988 MAN 0.0004 Total
Cpi (kj/kg.K) 2.5359 1.9860 2.0175 1.5689 4.3221 1.7702
xi . Cpi 0.0098 0.0077 0.9909 0.0031 2.1558 0.0007 3 1679
Cp
campuran = ∑ (Cpi . xi)
= 3,17 KJ/Kg. K = 0,76 Btu / Lbm. F menghitung k campuran (Carl . L Yaws "Chemical Properties Handbook ") Komponen fraksi berat (xi) 2-EH 0,0025 MOP 0,0053 DOP 0,9467 H2SO4 0,0009 Air 0,0443 MAN 0,0002 Total k campuran = ∑ (ki . xi)
ki 0,1136 0,1179 0,1115 0,3778 1,5760 0,1478
ki . xi 0,0003 0,0006 0,1056 0,0004 0,0699 0,00003 0,1768
= 0,1768 W / m.K = 0,1021 Btu/h.ft.F dari perhitungan : L = 0,6005 ft ρ = 54,4142 lb / ft3 Di = 2,4018 ft N = 117,43 rpm = 7045,53 rpj hi
= koefisien transfer panas pada diameter dalam reaktor
sehingga : hi . Dt k
0,6005 = 0,62 .
2
2
.7045 ,5277 .54 ,4142 0,4873
= 4106,2517 hi = 4106,2517.
k Dt
0,1021
hi = 4106,2517. 7,2055 = 58,1999 Btu / hr.ft2.F ID = 7,2055 ft OD = 7,2103 ft
hio
hio
ID = hi . OD
1
3 0,7566 .0.4873 3 0,14 .(1) . 0,1021
(Kern P. 97)
7,2055 = 58 ,1999 . = 58,16 Btu / hr.ft2.F 7,2103
Mencari harga ho : menghitung properties air pada suhu 52,5 °C diperoleh : µ = 1,6912 lb/ft.jam ρ = 63,4349 lb/ft3 Cp = 0,9984 BTU/lb.ft k = 0,6372 Btu/h.ft.F ho . Dt k
= 0,62 . 0,6005
2
2
.7045 ,5277 .63,4349 1,6912
3 0,9984 .1,6912 . 0,6372
= 1.789,8221 ho = 1.789,8221.
k Dt
0,6372
= 158,2791 Btu / hr.ft2.F
ho = 1.789,8221. 7,2055 Menghitung Uc Uc
Uc
ho.hio =
=
ho
(Kern 6.38)
+ hio
158,2791 .58,1609 158,2791
+ 58,1609
= 42,5322 Btu / hr.ft2.F Rd = 0,003 ft2.hr..F/Btu
(Kern. Tabel 12)
hd = 1 / Rd = 1 / 0,003 = 333,33 Ud
=
Uc .hd Uc
+
(Kern 6.10)
hd
Uc = koefisien transfer panas overall saat bersih Ud = koefisien transfer panas overall desain Rd = dirt factor Ud
=
42,5322 .333 ,3333 42,5322
+ 333 ,3333
= 37,72 Btu/ hr.ft2.F
Luas kontak perpindahan panas : Panas yang harus dipindahkan (Q) = 1.907.211,60 BTU / jam
1
3 .(1) 0,14
(dari perhitungan kebutuhan pendingin reaktor) suhu Pendingin : Tin
= 30 °C = 95 °F
Tout
= 45 °C = 113 °F
Treaktor
= 150 °C = 302 °F
ΔTLMTD = 202,20 °F Q
= A.Ud .∆T LMTD
A
=
A
=
Q Ud .∆T LMTD 1907211,60 37,7193
32
.202,1996
= 250,07 ft2
Luas bidang perpindahan panas yang dibutuhkan = 250,07 ft2 Luas perpindahan panas yang tersedia di reaktor : = 3,14.Dt.Hr + 0,25.3,14.Dt2 = 3,14. 7,2055. 14,4110 + 0,25.3,14. 7,2055 2 = 366,81 ft2 VII. Menghitung tinggi jaket
Luas perpindahan panas = 3,14. Dt . Hj + 1 .3,14.Dt 2 4
250,0661
= 22,6252
.Hj
+ 40 ,7564
Hj = 9,25 ft VIII. Menghitung lebar dan tebal jaket
1. Lebar jaket : Dari Perhitungan sebelumnya diperoleh : H jaket = 9,25 ft Dt
= 7,21 ft
Volume
pendingin
+Volume
reaktor
= 0,25 .3,14 . Dj 2 Hj + 0,000049
Kecepatan volumetrik pendingin = 0,31 ft3/s (Dari perhitungan neraca panas)
Dj
3
Waktu tinggal pendingin = 10 menit = 600 detik Volume pendingin = Kecepatan volumetrik pendingin x Waktu tinggal = 0,3091 ft3/s . 600 s = 185,44 ft3 Volume reaktor setinggi jaket = 0,25 . 3.14 . Dt2 . Hj + 0,000049 . Dt3 = 0,25 . 3,14 . 7,20552 . 9,2512 + 0,000049 . 7,20553 = 377,06 ft3 sehingga : 562,4997 = 7,2622 Dj2 + 0,000049 Dj3 Dj = 8,8009 ft Lebar jaket = 0,5 . (Dj - Dt) = 0,5 . (8,8009 – 7,2055) = 0,80 ft = 0,24 m 2. Tebal Jaket : tj
=
P .ri f . E − 0,6. P
+ C
(Brownell 7.77)
tj = tebal jaket ri = jari-jari jaket = 4,4004 ft = 52,8053 in Untuk bahan jaket dipilih : Carbon steels SA 283 grade C dimana : P = 14,7 Psia E = 80 % f
= 12.650 Psia
C = 0,125 tj
=
14,7 . 52,8053 12650 . 0,8
− 0,6 .14,7
+ 0,125
= 0,20 in digunakan tebal standar = 1/4 in = 0,25 in = 0,0064 m
L. Spesifikasi Reaktor
Fungsi
: Sebagai tempat berlangsungnya reaksi esterifikasi antara phthalic anhydride dan 2-ethyl hexanol
Tipe
: Continuous Stirred Tank Reactor ( CSTR )
Jumlah
: 1 buah
Kondisi operasi
: T = 150 C °
P = 1 atm Bahan konstruksi
: Stainless steel SA 240 grade 304
Volume
: 587,38 ft3
Tinggi
: 14,41 ft
Diameter
: 7,21 ft
Tinggi head
: 1,39 ft
Tebal shell
: 0,3125 in
Tebal head
: 0,25 in
Pengaduk
Jenis pengaduk : Turbin enam blade dengan empat baffle
Diameter
: 2,40 ft
Kecepatan
: 1,96 rps
Daya
: 10,5 HP
Pendingin
Jenis
: pendingin
jaket
Pendingin
: air
Bahan
: Carbon
steel 283 grade C
Tebal jaket
: 0,25 in
Tinggi jaket
: 12,27 ft
Keterangan: 1. Pipa H2SO4 2. Pipa umpan PA 3. Pipa umpan 2-EH 4. Pipa kondensor 5. Pipa air pendingin masuk 6. Pipa air pendingin keluar 7. Pipa produk 8. Man Hole
Gambar Reaktor Tangki Berpengaduk (RATB)
TUGAS TEKNIK REAKSI KIMIA 2
PERANCANGAN REAKTOR PADA PEMBUATAN DIOCTYL PHTALATE DARI PHTALATE ANHIDRID DAN 2-ETHYL HEXANOL
Oleh : WISNU INDRIYANTO I0507014
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010
