Tahun LAMPIRAN

107 Prarancangan Pabrik Asam Nitrat Dari Asam Sulfat Dan Natrium Nitrat Kapasitas 90.000 Ton/Tahun

LAMPIRAN R e a k t o r (R-01)

Fungsi : mereaksikan asam sulfat dan natrium nitrat membentuk asam nitrat dan natrium bisulfat Kondisi operasi: 1.Tekanan

1

atm

2.Suhu 150⁰C kec reaksi 3.Konversi

90%

Reaksi: H2SO4

+ NaNO3 ---------------------> HNO3 + NaHSO4

Reaksi antara asam sulfat dan natrium nitrat merupakan reaksi cair-padat. (heterogen). Asumsi : 

Campuran diaduk secara sempurna, sehingga konsentrasi masing-masing komponen didalam reaktor sama



Padatan masuk reaktor dianggap sama atau seragam, sehingga waktu tinggal didalam reaktor dihitung

dari waktu yang dibutuhkan oleh

padatan untuk bereaksi

Menurut Levenspiel, (1976), untuk reaksi padat-cair waktu reaksi diperhitungan berdasarkan waktu mendifusi dari cair asam sulfat ke padatan natrium nitrat karena waktu reaksi dianggap cepat sehingga diabaikan.

Visualisasi :

Anang Baharuddin Sahaq D 500 100 032 Universitas Muhammadiyah Surakarta


Dari hal 578 Levenspiel asumsi bahan baku ukuran butiran kecil ukuran butiran 50200 mm, Levenspiel hal 592. Untuk padatan berukuran kecil dapat menggunakan persamaan shrinking sebagai berikut : Small Particles :



= b . ks . CAS Dimana :

Dikombinasikan kedua persamaan dan diintegrasikan

R = Ro

t=0

R=R

t=t



Jika reaksi sempurna :

Dimana : Ro

= Jari-jari padatan kalsium karbonat awal

rB

= Densitas padatan (solid), kg/m3

b

= Koefisien reaksi

D

= Diffusivitas padatan ke film, m/dt

CAS = Konsentrasi liquid di film, kg/m3



sehingga diperoleh persamaan

Neraca Massa Reaktor (R-01) Komponen

Arus 1

NaNO3

Arus 2

Arus 16

29959,2559

H2O

6815,9109

241,6069

H2SO4

Arus 3 6815,9109

705,2173 34555,6479

Arus 4

3823,5296

HNO3

35,0276

911,7966

3823,5296

14,3882

2,0228 22203,0727

NaHSO4

42295,4200

Subtotal

30200,8628

Total

35260,8652

10639,4404 52971,9109 23129,2575

76101,1684

76101,1684

Arus 1 Komponen

kg

NaNO3 H2O

frak

BM

kmol

frak

µ,kg/m3

2016,730 2000,596

29959,26

0,9920

85

352,4618

0,9633

241,61

0,0080

18

13,4226

0,0367

30200,86

1,0000

365,8844

1,0000

956,166

µ,x

7,649 2008,245

Arus 2 komponen H2SO4

kg

fraksi

BM

kmol

fraksi

34.555,6479

0,9800

98

352,6087

0,9000

705,2173

0,0200

18

39,1787

0,1000

35.260,8652

1,0000

391,7874

1,0000

H2O

µ,kg/m3

µ,x

1674,38 1640,892 956,17

19,123 1660,016

Massa umpan : komponen NaNO3

kg 36.775,17

fraksi

ƿ,kg/m3

0,4832 2016,73


ƿ,x 974,57

Fv =m/ƿ 18,2350

µ, cP 7,7721

µx 3,7558


H2O H2SO4

Fv =

946,82

0,0124 956,166

11,90

0,9902

0,1792

0,0022

38.379,18

0,5043 1674,38

844,42

22,9214

3,2567

1,6424

76.101,17

1,0000

1830,88

42,1467

42,1467

m3/jam

Digunakan tekanan 1 atm Menghitung waktu reaksi :

ukuran butiran 50-200 µm, Levenspiel hal 592 Diambil ukuran rata-rata 100 µm Ro

=

=

100

µm

0,0001

m kg/m3

µB

=

2008,25

b

=

1 Menghitung difusifitas : Untuk menghitung diffusivitas cairan digunakan persamaan wilke chang

(Coulson, hal 291)

Dimana : DL = diffusivitas cairan, m2/dt = factor asosiasi untuk pelarut, 1 (Coulson hal 191) M = berat molekul pelarut, 98 kg/kmol µ= viskositas pelarut, kg/m dt =

0,003257

kg/m dt


5,4004


Vm = volume molar pelarut pada keadaan boiling point H2SO4 =

m3/kmol

0,0626

T = temperatur, K T=

423,1500

K

117,3x10 -18 x(1 x 98)0,5x423,15

DL =

0,003257x0,06260,6

DL =

m2/dt

7,9557E-10

Menghitung konsentrasi padatan CAS : CAS =

352,4618

kmol/jam

42,1467

m3/jam

=

8,3627 kmol/m3

=

0,0084 mol/cm3

Menghitung waktu reaksi :

=

2,0082E-05

(1 - (1 - 0,9)2/3)

6,6532E-09 = =

2368,1735 dt 0,6578 jam

Menghitung volume : Volume reaktor : kecepatan laju alir volumetrik x waktu reaksi sempurna V=

42,1467 m3/jam x 0,6578 jam


114 Prarancangan Pabrik Asam Nitrat Dari Asam Sulfat Dan Natrium Nitrat Kapasitas 90.000 Ton/Tahun 27,7252 m3

V=

over design 20% Menghitung volume : =

1,2 x

27,7252

33,2702 m3

=

Menurut Walas diameter : tinggi cairan = 1 : 1 agar hasil pengadukan lebih homogen Sehingga dirancang diameter dan tinggi shell 1 : 1

Volume tangki =

=

3,4865 m

=

137,2656 in

Digunakan diameter standart : =

144

in

=

3,6576

m

Vdish = 0,000049xDs3

(Brownell page 86)

(Brownell, hal 88)

Dimana : Ds = diameter shell, in Vdish = volume, ft3



sf =

2

in

???

Vsf =

Vhead =

2x (Vtangki + Vsf) 2x (0,000049 x D3)

= =

330,3064 ft3

=

9,3543 m3

+

Volume reaktor = Volume shell + Volume head =

33,2702

+

=

42,6245 m3

9,3543

Dengan spesifikasi reaktor sebagai berikut : Diameter shell =

3,6576

m

Tinggi shell =

3,6576

m

Volume shell =

33,2702

m3

Volume head =

9,3543

m3

42,6245

m3

Volume reaktor = Volume cairan dalam shell

Volume bottom : 0,5 x Volume head =

4,6771 m3

Volume cairan = volume shell - volume bottom =

28,5931 m3

Tinggi cairan dalam shell : =

2,7227 m

=

8,9327 ft

Jenis pengaduk Densitas campuran dan viskositas



r=

1830,8816

kg/m3

m=

5,40044

cP

Penentuan berdasar : T=

423,15 °C

m=

5,40044

cP

r=

1830,8816

kg/m3

V reaktor =

33,2702

m3

Berdasarkan fig 10.57 hal 419 Coulson. µL = 5,40044 Ns/m2 dan volume = 33,2702 m3 dapat digunakan pengaduk propeler atau turbin

Dari tabel 8.3 Rase, 1977 : Sistem : reaction in solution : Turbine (max : 20.000 gal) Propeller (max : 11000 gal (± 9.5 m3)) Paddle (max : 500 gal) Dipilih : Turbin, karena : - Hp turbin tidak dipengaruhi Viskositas diatas reynold 500-1000 - Percampuran sangat baik, bahkan dalam sekala mikro Dari Rase,hal 356 : Dipilih :

Di/DR = 1/3 L =Di/4 E =Di = 1

B =D/10

W = Di /5 Anang Baharuddin Sahaq D 500 100 032 Universitas Muhammadiyah Surakarta


Diameter reaktor (DR) =

3,6576 m

Diameter pengaduk (DI) =

1,2192 m

Pengaduk dari dasar (E) =

1,2192 m

Tinggi Pengaduk (W) =

0,2438 m

Lebar pengaduk (L) =

0,3048 m

Lebar baffle (B) =

0,3658 m

Menghitung jumlah impeler : WELH =

tinggi bahan x sg

=

2,7227 m x

=

4,9849 m

1830,882/1000

Impeller =

=

4,9849 / 3,6576

=

1,3629 »2

Putaran pengaduk :

(Rase, 1977, hal. 345)

=

68,3028

=

1,1384 rps

rpm



Jenis motor : Fixed speed belt (harga murah, mudah mengganti bagian-bagiannya) dengan kecepatan putaran standar 104 rpm (Rase, 1977 tabel 8.9).  .N.Di 2 N Re  Bilangan Reynolds : m

NRe =

52410,0239 Np = Po

Dari fig. 9.13 McCabe, Nre =

52410,024 .=====>

=

Power pengaduk :

P P=

N 3 .Di 5 . .Np 550.gc

34,45

Efisiensi motor 0,88

Hp (fig. 14.38, Peters, hal 521)

Daya motor : Daya motor 

P



39,1449

Hp

Dipakai motor dengan daya =

40



Menentukan tebal shell (t) Dirancang menggunakan Baja nirkarat P.r C ts = ( f .E  0,6.P) (Brownell, hal 140)

Dalam hubungan ini : ts =

tebal shell, in

P=

tekanan dalam vessel

Pcairan = density . h .g/gc Anang Baharuddin Sahaq D 500 100 032 Universitas Muhammadiyah Surakarta

Hp

Nema standard

1


= 1830,8816 kg/m3 x 1 lb/0,4536 kg x 1 m3/35,3134 ft3 x 2,7227 ft x 32,2 ft /s2 /32,2

Pop

= 311,2052

lb/ft2

= 2,1611

lb/in2

= Pcairan + Preaktor = 2,1611 + 14,7 = 16,9 psi

r

= Jari-jari = ½ .Diameter Reaktor = 0,5 x 144 = 72 in

E =

effisiensi pengelasan = 0,85

C=

faktor korosi

f =

tegangan yang diijinkan pada tabel 13.2

=

0,125

Coulson hal 254 diperoleh allowable stress 130 N/mm2

f =

18854,906 psi

ts =

0,20080 in

digunakan tebal standar 0,2500 in Menentukan tebal head (th) Dari tabel 5-7 Brownell, untuk OD =

144

in



ts =

0,2500 in

icr =

6,5

in

r=

102 in  1 r  3   w= 4  icr  =

1,7403

th =

in

P.r.w C (2. f .E  0,2.P)

th = 0,2183 in (digunakan tebal standar 1/4 in) Diambil sf = 2

OD

b A

sf

OA

icr B

r ID

t

a

C

a = = AB =

ID 2

71,75 in ID - icr 2

= 65,25 in


121 Prarancangan Pabrik Asam Nitrat Dari Asam Sulfat Dan Natrium Nitrat Kapasitas 90.000 Ton/Tahun BC = r – irc = 95,5000 in AC = (BC2- AB2)1/2 = 69,733 in b = r – AC = 32,2670 in Tinggi head = th + b + Sf = 34,5170 in = 0,8767 m Tinggi reaktor = 2 x tinggi head + tinggi shell = 1,7535 + 3,6576 = 5,4111 m


Tahun LAMPIRAN

Recommend Documents