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