prancangan alat converter
TRANSCRIPT
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
1/28
LAMPIRAN PERANCANGAN ALAT
A. Sulfur Storage
B. Crusher
C. Belt ConveyorD. Hoer
E. Melter
!. Burner
G. C"N#ERTER Fungsi : Tempat reaksi antara gas SO2 dengan gas O2
menjadi gas SO3
Jenis : Fixed bed
Kondisi Operasi : Non isothermal (adiabatis Spesi!ikasi Katalis
Nama katalis : "anadium pentaoksida ("2O#
$entuk : Silinder
%kuran : p & 'mm
d & ' mm
ensitas bulk : )*#+2 kg,l (33*' lb,!t3
-uas permukaan : # m2,g
.eaksi : SO2 / O2 SO3
$. %on&'s' T'a Be&
0enghitung Keperluan Katalis
$an1akn1a katalis 1ang diperlukan untuk meningkatkan jalann1a
reaksi dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
-aju reaksi oksidasi SO2oleh katalis :
r=
k1pO2pSO2(1 pSO3pSO2 . pO21 /2Kp )22,414 (1+K2pSO2+K3pSO3)
2
(Froment*
) p4#23
engan nilai k* K2* K3* dan Kpsebagai berikut :
k1=exp(12,1605.473T )K2=exp (9,953+ 8.619T )
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
2/28
K3=exp (71,745+ 52.596T )Kp=exp
(11.300
T
10,68
) Kebutuhan katalis dapat dihitung dengan persamaan berikut :
r=1W
dNA
dt
1
W0
t dNA
dt
1W [N
A]0
t
[ t]0t
W=1
r
[NA ]0t
[ t]0t
1
r
NAtNA0ttt0
(-e5enspiel* p43'6
Keterangan simbol:
r & ke7epatan reaksi oksidasi SO2(kmol SO2,kg katalis4jam
Kp & konstanta kesetimbangan (atm8,2
PSO2 & tekanan parsial SO2 (atm
PSO3 & tekanan parsial SO3 (atm
PO2 & tekanan parsial O2(atm
T & suhu reaksi (.ankine
R & kostanta gas ideal (*'9 $tu,lbmol4.
FA0 & laju alir bahan SO2masuk reaktor (kmol,jam
X & nilai kon5ersi reaksi oksidasi SO2W =massa katalis 1ang dibutuhkan
ata !isis dan termal pada masing8masing bed dihitung dengan beberapa
rumus pendekatan di ba;ah ini :
ensitas
mix=P . MAvg
R .T ($udiaman* p4 292
"iskositas
i A+B .T+C . T2
(
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
3/28
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
4/28
#=1,75(1$ B)
$3
B
%=
67,32 &(1$ B)d 'p . m
k= 6 4# m
2w
(3&d
'
p() P). B
D6%k D2k=0
*= 4w
B(D2
? & ensitas
kg
( m3 )
& "iskositaskg
m. s
@p & Kapasitas =anas*k
Km!" . K
k & Kondukti5itas panas*W
( m. K)
T & Suhu (K= & Tekanan operasi (atm
0a5g & $erat molekul rata8rata 7ampuran (kg
km!"
. & Konstanta gas ideal ('*3+ (k
kgm!".K
Ai & Fraksi mol Bat dalam 7ampuran (km!"
km!"
Ci & Fraksi massa Bat dalam 7ampuran (
kg
kg
D* $* @* *4 4 4& koe!isien regresi komponen
Be& $
Kondisi operasi
Suhu input : 9)3*# K Suhu output : '*9# K
Tekanan operasi : atm
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
5/28
Kon5ersi : 6+* E
Ke74 Dliran masuk: 349+)*9#kg
j+m
$0 7ampuran : 32*)+) kgKm!"
ensitas : )*###kg
m3
"iskositas : 3*2kg
m. s
Data Nera(a Massa &an Nera(a Energ' Rea)tor Converter Be& $.
Tabel Nera7a 0assa .eaktor @on5erter $ed
%o*onenInut + )g , "utut + )g ,
Arus - Arus
SO2 2643#*26 4++9*'
O2 +4+93*3 )42#6*39
SO3 )*))) 24)'#*)
N2 )4#2* )4#2*
Total $/$.012304 $/$.012304
Tabel Nera7a =anas .eaktor @on5erter $ed
%eterangan,np-t(
k
j+m) R+ksi(
k
j+m) O-tp-t(
k
j+m)
/ B+0+n #243342)*392 264)634''*6) 9'4+)34)29*'
Total 5 9'4+)34)29*' 9'4+)34)29*'
Karena reaktor 1ang digunakan merupakan jenis reaktor adiabatis*
maka kalor 1ang dilepas akibat reaksi oksidasi SO2akan menaikkan suhu
dalam reaktor4
Mengh'tung %onstanta %e(eatan Rea)s'
-aju reaksi oksidasi SO2oleh katalis :
k1=exp(12,160 5.473703,15 ) & 9*###
K2=exp (9,953+ 8.619703,15 )
& )*)2
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
6/28
K3=exp (71,745+ 52.596703,15 ) & 2*233
Kp=exp(11.300703,15
10,68) & 2*322
0,080
0,037. ( 1/2)219,322
10,066
79,555x 0,080x0,037
r=
& )*))33+# (kmol SO2,kg 7at4jam 0assa katalis 1ang dibutuhkan :
W= 1
0,0013345
9.447,1826.315,2664
1
197.495,689 kgk+t+"is
Mengh'tung D'*ens' Rea)tor
#=1,75(1$ B)
$3
B
1,75(10,45 )
0,453
10,562
%=67,32 &(1$ B)
d'
p . m
67,32&(1$ B )d 'p .m
67,32x3,299 (10,45 )
12x103
.131.740,75
2*9'3 x )83m82
k= 6 4# m
2w
(3&d
'
p() P). B
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
7/28
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
8/28
&
P
( tOD)x ,Dsx B
P1
& in2
& !t2
0ass "elo7it1 (Hs
Hs &
W
+'s
imana :
C &"2
j+m
as &
W
+'s
Hs &"2
j+m . &t2
Iui5alent iameter (e
' D &4x (0,5 . PTx0,866 . PT0,5 . ( . O D
2
4 )0,5 . ( . O D
&4x (0,5 . PTx0,866 . PT0,5 . ( . O D
2
4 )0,5 . ( . O D
& in
& !t
& m
.e1nold Number (.e
.e &Ds 3s
pndingin
&
"2
j+m . &t2
"2
&t . j+m
&
0aka*
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
9/28
ho &0,36 .
Kp
Ds.(Ds 3pp )
0,55
.(CpppKp )1
3
(Kern* hal 39
&
Bt-
j+m . &t2 . 4
engan :
Kp & Kondukti5itas panas pendingin &Bt-
j+m . &t . 4
@pp & Kapasitas =anas pendingin &Bt-
"2 .4
p & "iskositas pendingin &"2
&t . j+m
D'rt !a(tor +R&,
-iuid organik &0r. &t
2. 4
Bt-
=endingin &0r. &t
2. 4
Bt-
.d total &0r. &t
2. 4
Bt-
%oef's'en Per'n&ahan Panas "verall Clean an& Des'gn Koe!isien perpindahan panas o5erall 7lean dihitung dengan rumus :
%7 &
0i! . 0!
0i!+0!
&
0i! . 0!
0i!+0!
&Bt-
j+m . &t2
. 4
Larga koe!isien perpindahan panas o5erall design dihitung dengan rumus :
%d &
1
1
-5+0,004
&
1
1
-5+0,004
&Bt-
j+m . &t2
. 4
&
s .m2
. K
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
10/28
Pressure Dro &' Shell
) Ps && . 3s
2. Ds(N+1 )
5,22x1010
. D . s . 6s
imanas & iameter shell (s
0ass "elo7it1 (Hs &"2
j+m . &t2
Iui5alent diameter (e & !t
s & *) (Lal4 2 Kern*
#)
) Ps && . 3s
2. Ds(N+1 )
5,22x1010
. D . s . 6s
& psi
Te7al Shell
Spesi!ikasi bahan stainless steel SD 69 Hrade t1pe 36
Tekanan 1ang diijinkan (! & '*9#) psi
I!isiensi sambungan ( $ & )*' (double ;elded joint
@orrosion allo;an7ed & )*2# in
Tebal shell dihitung dengan persamaan
ts &P . ri
& . $0,6.P+C ($ro;nell G
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
11/28
Os & s / 2 ts& ++)*339 / 2 ()*#62#
& ++*##'9
Lead and $uttom
%ntuk menentuk bentuk8bentuk head ada 3 pilihan 1aitu :4 Flange and Standar ished Lead
ignakan untuk 5esel proses 5ertikal bertekanan rendah* terutama digunakan
untuk tangki pen1impanan horiBontal* serta untuk men1impan !luida 1ang 5olatil4
24 Torispheri7al Flanged and ishead Lead
igunakan untuk tangki dengan tekanan dalam rentang #82)) psig4
34 Illipti7al Flanged and ishead Lead
igunakan untuk tangki dengan tekanan tinggi dalam rentang )) psig dan
tekanan diatas 2)) psig ($ro;nell and
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
12/28
Spesi!ikasi head:
Hambar F43 esain headpada reaktor
Keterangan :
th & Tebal head(in
icr =Insidecornerradis( in
r =Radiso!dish( in
s! =Strai"ht!lan"e(in
O & iameter luar (in
& iameter dalam (in
b eptho!dish(in
OD & Tinggi head(in
& O M 2th
& ++*6)33 M 2 (
& ++)*6)33 in
# e pth o! dish (b ($ro;nell and
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
13/28
2 & r5(r5i5r)2(,D2 i5r)
2
& ))*+# in
& 2*## m
Tinggi Lead (OD ($ro;nell and
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
14/28
& !t2
-uas head and bottom bagian dalam
Dhbi & 2x (P x sx s!/ P,+ x s2
&
& !t2
Jadi luas reaktor bagian dalam
Dshi/ Dhbi &
& !t2
-uas reaktor bagian luar -uasshell bagian dalam
Dshi & P x Osx tinggi shell
&
& !t2
-uas head and bottom bagian dalam
Dhbi & 2x (P x Osx s!/ P,+ x Os2
&
& !t2
Jadi luas reaktor bagian dalam
Dshi/ Dhbi &
& !t2
"olume reaktor
"olume heat and bottom78B & 2 4 ("olume head tanpa s!/ "olume head padas!
& 24 ()*)))+ 4 s/ P,+ s24s! ( bro;nel and 1oung* #
& !t2
"olume shell"s & P,+ s
24s!& !t3
Jumlah 5olume reaktor
78B+7s &
& !t3
& !t3
No88el 9*an &an Pro&u) a&a Rea)tor
Saluran dibuat dengan menggunakan bahan stainlesssteel$ iameter optimum
tbe 1ang stainlesssteel dan alirann1a turbulen (N.e Q 2)) dihitung dengan
menggunakan persamaan :
dioptR23%
)*#
S)*39 ($ro;nel*
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
15/28
dengan
diopt & diameter dalam pipa* mm
H & ke7epatan aliran massa !luida* kg,s
& densitas !luida* kg,m3
=enge7ekan bilangan .e1nold
N.e &3.,D
+'.
engan:
H & ke7epatan aliran massa !luida* kg,jam
& diameter dalam pipa* m
Ug & 5iskositas !luida* kg,m4jam
aV &!lo&area* m
Nozzle9*anNoBBle Dliran
iketahui :
H & 2)3#*#2 kg,jam
? & ##+*+)# kg,m3
U & )*2''+ 7p
0aka :
diopt & 234H)*#4?8)*39
& 22)3*#9 mm ('6*9## in
dari Tabel (Kern* 6#*
nominal pipe siBe & 2+ in
s7hedule number & +)
O & 2+*) in
& 23*2# in
Flo; area per pipe*aV & +2# in2
& )*29+2 m2
=enge7ekan $ilangan .e1nold
N.e &3.,D
+'.
& 2*3 x )6(Turbulen
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
16/28
0aka anggapan menggunakan aliran turbulen adalah benar4
Spesi!ikasi no''lestandar ($ro;nel and
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
17/28
& 2'+*) (Turbulen
0aka anggapan menggunakan aliran turbulen adalah benar4
Spesi!ikasi no''lestandar (Standar D= 6#)* Lal #82* Tabel #86b :
SiBe & 26 in
O o! pipe & 26 in
Flange noBBle ti7hness (n & )*2 in
iameter o! hole in rein!or7ing plate (. & 26*2# in
-ength o! side rein!or7ing plate* - & #2*9# in
Cidth o! rein!or7ing plate* C & 6+ in
istan7e* shell to !lange !a7e* outside* J &2 in
istan7e* shell to !lange !a7e* intside* K & 6in
istan7e !rom bottom o! tank to 7enter noBBel
.egular* t1pe L & 3)*62# in
-o;* t1pe @&26*39# in
NoBBle =endingin 0asukNoBBle Dliran
iketahui :
H & kg,jam
? & kg,m3
U & 7p
0aka :
diopt & 234H)*#4?8)*39
& mm ( in
dari Tabel (Kern* 6#*
nominal pipe siBe & in
s7hedule number &
O & in
& in
Flo; area per pipe*aV & in2
& m2
=enge7ekan $ilangan .e1nold
N.e &
3.,D
+'
.
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
18/28
& (Turbulen
0aka anggapan menggunakan aliran turbulen adalah benar4
Spesi!ikasi no''lestandar (Standar D= 6#)* Lal #82* Tabel #86b :
SiBe & in
O o! pipe & in
Flange noBBle ti7hness (n & in
iameter o! hole in rein!or7ing plate (. & in
-ength o! side rein!or7ing plate* - & in
Cidth o! rein!or7ing plate* C & in
istan7e* shell to !lange !a7e* outside* J & in
istan7e* shell to !lange !a7e* intside* K & in
istan7e !rom bottom o! tank to 7enter noBBel
.egular* t1pe L & in
-o;* t1pe @& in
NoBBle =endingin KeluarNoBBle Dliran
iketahui :
H & kg,jam
? & kg,m3
U & 7p
0aka :
diopt & 234H)*#4?8)*39
& mm ( in
dari Tabel (Kern* 6#*
nominal pipe siBe & in
s7hedule number &
O & in
& in
Flo; area per pipe*aV & in2
& m2
=enge7ekan $ilangan .e1nold
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
19/28
N.e &3.,D
+'.
& (Turbulen
0aka anggapan menggunakan aliran turbulen adalah benar4
Spesi!ikasi no''lestandar (Standar D= 6#)* Lal #82* Tabel #86b :
SiBe & in
O o! pipe & in
Flange noBBle ti7hness (n & in
iameter o! hole in rein!or7ing plate (. & in
-ength o! side rein!or7ing plate* - & in
Cidth o! rein!or7ing plate* C & in
istan7e* shell to !lange !a7e* outside* J & in
istan7e* shell to !lange !a7e* intside* K & in
istan7e !rom bottom o! tank to 7enter noBBel
.egular* t1pe L & in
-o;* t1pe @& in
(a
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
20/28
(b
Ga*7ar!.4. ShellNozzle+a,ReinforcingPlate+7,SingleFlange
Penyanggatu*u)an)atal'sator+Bedsupport:Gridsupport,
%rid spport diran7ang untuk men1angga katalisator untuk men7egah
kelebihan pressre drop4
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
21/28
& )*# x '*33' m2
& +*#6 m2
Tekanan karena katalis
2 r + t k + t + " i s
* - + s p n+0+ n k + t + " i+
&197495,689
49,1569
& +)9*66+kg,m2
& #*9)2# psi
Tekanan total peran7angan
=total & #*9)2# psi / 6*9 psi
& 2*'92# psi
Tebalplatedihitung dengan persamaan (3429 $ro;nell G
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
22/28
dan dalamshell4Tebal pemegang katalis dihitung dengan persamaan :
tp & Cp0. Dp ) P
(9 . &)+C
engan
@ph & konstanta desi"n& *
p & diametershell* in7hi
W= & perbedaan tekanan & )*))#
X & li"a)ente!!icienc(& )*#
! & )a*i))allo&ablestress& '49#) psi
7 & corrosionallo&ance& )*2# in7hi
bahan konstruksi seperti 1ang digunakan sebagai bahan shell 1aitu stainless
steelSA+,-"rade++t(pe3+,$
tp & 1,1x 0,0977x
0,0015
(0,5x 18,750 )+0,2
& )*2+2 in7hi
diambil tebal standar & ,+ in7hi
InnertBallastDlat ini digunakan untuk melindungi permukaan katalisator dari pengaruh
langsung aliran !luida dan meratakan aliran !luida umpan (.ase8$arro;* #94
Innert ballastberupa bola8bola keramik dengan tebal tumpukan ) M 6 in7hi*
digunakan tinggi tumpukan 6 in7hi4 D'str'7utor
Dlat ini digunakan untuk meratakan aliran !luida masuk* jenis 1ang digunakan
adalah t(pe )ltiple b!!le distribtor concentric cone* 1ang dipasang pada
akhir bagian pipa pemasukan !luida4
Perh'tunganFlange,Bolt&anGasket&ar'Vessel
Sambungan headdenganshell
Sambungan antara tutup bejana dengan bagian shell menggunakan
sistem !lan"e dan baut4 $ahan konstruksi 1ang dipilih berdasarkan pada
kondisi operasi4
ata peran7angan :
Tekanan design &6*9 psi
0aterial Flange & @arbon steel SD82+) Hrade D
$olting Steel & @arbon steel SD82+) Hrade $6
0aterial Hasket & So!t Steel
iameter luar shell*$ & ++*6)3 in
Ketebalan shell & )*9# in
iameter dalam shell & ++)*339 in
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
23/28
Tegangan materian !lange (!a & 249#) psi
Tegangan dari bolting matrial (!b & 34')) psi
Tipe!lan"eterlihat pada gambar berikut : (Fig4242+* $ro;nellG
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
24/28
N & ( d!d12 )
&
(441,7358441,6038
2
)& )*)66igunakan gasket dengan lebar in
Keterangan :
N & lebar gasket minimum* in
do & diameter luar shell* in
d & diameter dalam shell* in
iamater gasket rata M rata* H
H & di/ lebar gasket
& ++*'#33
=erhitungan bebanari !ig 242 $ro;nell and
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
25/28
&3,14 .442,1487
2
416,17
& 2+'#2*) lb
$eban operasi total dihitung dengan persamaan 24 $ro;nell and
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
26/28
& '* x )*##
& +#*26 in2
-ebar gasket minimum :
Nmin &
A2 +kt-+" . &A""!w
2 . : . ( . 3
&451,269x20000
2 .18 .3,14 . 441,1487
& )*2# in ( Nmin [)*2#* pemilihan baut memenuhi
=erhitungan moment : %ntuk bolting up 7ondition (tanpa tekanan dalam
$eban design diberikan dengan persamaan (=ers4 24+* $ro;nell dan
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
27/28
L & L1drostati7 and !or7e pada area dalam !lange* lb
$ & diameter dalam !lange , O shell* in
= & Tekanan operasi* psi
Lubungan li5er arm diberikan pada persamaan 24))* $ro;nell and
-
7/25/2019 Prancangan Alat Converter
28/28
& 2)+*266 lb8in
Jumlah )o)ent untuk kondisi saat beroperasi* 0O (=ersamaan 249
$ro;nell G