lampiran - Universitas Muhammadiyah Surakarta

Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
LAMPIRAN
REAKTOR
Fungsi
: mereaksikan antara DDB dan oleum 20% menjadi DDBS.
Tipe reaktor
: Reaktor CSTR
Kondisi operasi
1. Tekanan
: 1 atm
2. Suhu
: 46oC
3. Konversi
: 99%
Neraca massa umpan
Komposisi
Massa,kg/jam
F.berat
BM
kmol/jam
C12H25C6H5
9.663,6761
0,4417
246
39,2832
0,2330
C14H29C6H5
C10H21C6H5
135,2523
1,9602
0,0062
0,0001
274
218
0,4936
0,009
0,0029
0,0001
9.663,6761
2.415,919
21.880,4838
0,4417
0,1104
1,0000
98
80
98,6089
30,199
168,5938
0,5849
0,1791
1,0000
H2SO4
SO3
TOTAL
F. mol
Menghitung densitas campuran
Komponen
C12H25C6H5
C14H29C6H5
C10H21C6H5
H2SO4
SO3
TOTAL
Massa ,kg/jam
 , kg/m3
Fv, m3/jam
9.663,6761
135,2523
1,9602
9.663,6761
2.415,919
21.880,4838
835,395
838,243
837,547
1.807,21
1.802,195
11,5678
0,1614
0,0023
5,3473
1,3405
18,4193
𝑥𝑖
𝜌𝑖
, m3/kg
0,0005
0,0000
0,0000
0,0002
0,0001
0,0008
Menghitung kecepatan laju alir volumetrik ( Fv )
Fv =
massa, kg/jam
= 18,4193 m3/jam
densitas, kg/m 3
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Menghitung konsentrasi umpan
Konsentrasi DDB ( CAO )
=
Konsentrasi oleum 20% ( CBO )
=
Ratio mol umpan masuk ( M )
=
39,2832 kmol/jam
= 2,1327 kmol/m3
18,4193 m 3 / jam
99,6089 kmol/jam
= 5,3536 kmol/m3
18,4193 kmol/jam
C BO
C AO
= 2,5102
Menghitung konstanta kecepatan reaksi
Persamaan kecepatan reaksi dapat ditulis
dC A
dCB

 kC A C B
dt
dt
Dengan k = konstanta kecepatan reaksi
(rA )  -
k
1
.Ln
C AO ( M  1) t
 M  XA 


 M (1  X A ) 
Diketahui:
CAO
= 2,1327 kmol/m3
CBO
= 5,3536 kmol/m3
M
= 2,5102
XA
= 0,99
Untuk t
= 2 jam (Groggins, 1958)
k
= 0,637 m³/kmol.jam
Optimasi Reaktor
Menghitung jumlah reaktor
a. Menggunakan 1 RATB
Reaktor 1
V1 
Fv (X A1  X A0 )
kC AO (1  X A1 )( M  X A1 )
diperoleh:
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
XA0 = 0
XA1 = 0,99
V1 = 882,8808
b. Menggunakan 2 RATB
Reaktor 1
V1 
Fv (X A1  XAO )
kC AO (1  X A1 )( M  X A1 )
Reaktor 2
V2 
Fv (X A2  X A1)
kC AO (1  X A2 )( M  X A 2 )
diperoleh:
XA0 = 0
XA1 = 0,9017069
V1= 77,3198
XA2 = 0,99
V2 = 77,3198
c. Menggunakan 3 RATB
Reaktor 1
V1 
Fv (X A1  XAO )
kC AO (1  X A1 )( M  X A1 )
Reaktor 3
V3 
Fv (X A3  X A2 )
kC AO (1  X A3 )( M  X A3 )
Reaktor 2
V2 
Fv (X A2  X A1)
kC AO (1  X A2 )( M  X A 2 )
diperoleh:
XA0 = 0
XA1 = 0,79294
V1 = 30,2326
XA2 = 0,9547677
V2 = 30,2326
XA3 = 0,99
V3 = 30,2326
d. Menggunakan 4 RATB
Reaktor 1
Fv (X A1  XAO )
V1 
kC AO (1  X A1 )( M  X A1 )
Reaktor 3
V3 
Fv (X A3  X A2 )
kC AO (1  X A3 )( M  X A3 )
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Reaktor 2
V2 
Reaktor 4
Fv (X A2  X A1)
kC AO (1  X A2 )( M  X A 2 )
V4 
Fv (X A4  X A3 )
kC AO (1  X A4 )( M  X A4 )
Diperoleh:
XA0 = 0
XA1 = 0,699
V1 =18,6145
XA2 = 0,9046
V2 = 18,6145
XA3 = 0,96938
V3 = 18,6145
XA4 = 0,99
V4 = 18,6145
n
1
2
3
4
XA1
0,99
0,9017069
0,79294
0,699
XA2
XA3
0,99
0,9547677
0,99
0,9046 0,96938
XA4 Volume (m3)
882,8808
77,3198
30,2326
0,99
18,6145
Menghitung Dimensi Reaktor
Bentuk reaktor = vessel dengan formed head
Untuk operasi 15-200 psig dipilih torespherical dished head (Brownell, 1959)
1. Diameter dan tinggi reaktor
Menggunakan 1 RATB
1 ft 3
- Diketahui volume reaktor = 882,8808 m x
0,02832 m 3
= 31.197,2024 ft3
- Volume cairan
= 1,2 x 31.197,2024 ft3 (over design 20%)
= 37.436,643 ft3
= 1.059,457 m3
Pengambilan H/D diusahakan mendekati 1, karena jika H/D terlalu besar
3
atau terlalu kecil maka:
-
Pengadukan tidak sempurna
-
Ada gradien konsentrasi dalam reaktor
-
Distribusi panas tidak merata
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
D:H=1
Volume shell
(Brownell, 1959)
=
=
D
=
=

4

4
3
3
D2 H
D3
4 Vshell

4 x 1.059,457

= 11,0484 m
= 434,9772 in
Volume dish
= 0,000049 Ds3
Dimana:
Ds
= diameter shell, in
Vdish
= 0,000049 x (434,9772 )3
= 4.032,697 in3

D2
sf
144
Vsf
=
diambil sf
=2
Vsf
=  x ( 434,9772 ) 2 x 2
4
4
144
= 2.062,862 in3
Sehingga,
Vhead
= 2 (Vdish + Vsf )
= 2 x (4.032,697 + 2.062,862)
= 12.191,1177 in3
= 345,2525 m3
Vreaktor
= Vshell + Vhead
= 1.059,457 m3 + 345,2525 m3
= 1.404,7094 m3
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Untuk menentukan jumlah reaktor digunakan optimasi. Dari fig 13-15, Peter hal
268 dapat diperoleh harga reaktor untuk mempertimbangkan jumlah reaktor
dengan harga yang minimal.
Untuk V = 10 m3 harganya $ 70.000
 Vi 
Dimana harga alat = $ 70.000  
 10 
0, 6
0, 6
1.404,7094 
= $ 70.000 

10


= $ 1.360.347,7491
Dengan cara yang sama dapat dihitung diameter, volume dan harga reaktor untuk
2,3 dan 4 RATB
N Vshell,m3
1 1.059,4570
2
92,7838
3
36,2791
4
D,in
Vhead,in3 Vhead,m3
434,9772 12.191,1177 345,2525
193,1811 1.520,2732
43,0541
141,2667
711,4357
20,1479
D,m
11,0484
4,9068
3,5882
22,3374
3,0526
Vreaktor,m3
1.404,7094
135,8379
56,4270
36,0745
120,1818
U$/ reaktor
1.360.347,7491
334.896,5394
197.692,5254
151.153,5394
485,0637
13,7371
U$/ total
1.360.347,7491
669.793,0788
593.077,5761
604.614,1575
1100000,0000
1000000,0000
900000,0000
800000,0000
700000,0000
600000,0000
500000,0000
400000,0000
0
1
2
3
4
5
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Berdasarkan grafik yang ada maka digunakan 3 reaktor dengan spesifikasi
sebagai berikut:
Spesifikasi tiap reaktor
- Diameter
: 3,5882 m
- Tinggi shell
: 3,5882 m
- Volume shell
: 36,2791 m3
- Volume head
: 20,1479 m3
- Volume reaktor
: 56,4270 m3
-
: 0,99
x
- Volume cairan
: 36,2791 m3
- Volume bottom
: 0,5x 20,1479 m3
: 10,0739 m3
- Volume cairan dalam shell : 36,2791 - 10,0739
: 26,2052 m3
: 4 xVshell
D 2
- Tinggi cairan dalam shell
: 2,5928 m
1.Tebal dinding reaktor
Reaktor terdiri atas dinding (shell), tutup atas dan tutup bawah (head)
Head atas dan head bawah berbentuk torispherical
Bahan untuk reaktor = stainless stell 310-A151, dengan pertimbangan cairan
bersifat korosif.
ts =
Pr i
+C
fE  0,6 P
dimana:
ts
= tebal shell, in
E
= efisiensi pengelasan = 0,85
f
= maksimum allowable stress bahan yng digunakan: 13.750 psi
(Brownell, 1959)
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
ri = jari-jari dalam shell = D/2 = 141,2667/ 2 = 70,6333 in
C
= faktor koreksi
= 0,125 in
P
= tek. design = Poperasi + Phidrostatis
Pop = 1 atm
= 14,7 psi
Phidrostatis
= camp g
H = tinggi cairan
gc
xh
dimana g/gc = 1
= 2,5928 m = 8,5066 ft
Jadi Phidrostatis = 1.187,9096 kg/m3 x 2,5928 m
= 3.080,025 kg/m2
= 4,372 psi
Pdesign
= 14,7 psi + 4,372 psi
= 19,072 psi
t shell
=
Pr i
+C
fE  0,6 P
= 0,2404 in
dipilih t shell
= ¼
2. Jenis dan Ukuran Head
Dipilih jenis “ Torispherical dished head”, karena dengan tekanan 14,7 psia
tangki memenuhi persyaratan.
Persamaan



W
= ¼ x 3 
th
=
rc
irc




P.rc.W
+ C
2. f .E  0,2 P
dimana:
rc = Jari-jari dish, in
irc = Jari-jari sudut dalam, in
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
W = faktor intensifiksi tegangan untuk jenis head
Sehingga asumsi awal, tebal dinding head  tebal shell
Dari tabel 5-7 Brownell & Young untuk
OD = (2 x r ) + ( 2 x tebal shell )
= (141,2667) + ( 2 x 1/4 )
= 141,77 in
Diambil OD standart = 144 in (Brownell hal 89, 1959)
Diperoleh
r = 132 in
icr = 8 3/4
W = 1,7210 in
th = 0,3104 in
dipakai plat dengan tebal standar = 5/16 in
sehingga dari tabel 5-6 Brownell hal 350 untuk th = 5/16 in
diambil Sf standar = 2 in
a
=
ID/2
= 70,6334 in
AB = ID/2 – irc
= 61,8834 in
BC = r- irc
= 123,25 in
AC =
BC 2  AB 2 = 106,5880 in
= r – AC
= 25,4120 in
OA = b + th + sf
= 27,7245 in
b
= 0,7042 m
Tinggi reaktor
= 2 tinggi head + tinggi shell
= 4,2924 m
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
O
A
t
b
ic
Br
A
r
ID
Sf
C
a
O
D
3. Menghitung Ukuran dan Power Pengaduk
L
Di
H
E
Dt
Keterangan
ID
: diameter dalam pengaduk
Di
: diameter pengaduk
L
: panjang sudut pengaduk
W
: lebar sudut pengaduk
E
: jarak pengaduk dengan dasar tangki
J
: lebar baffle
H
: tinggi cairan
Digunakan pengaduk jenis turbin dengan 6 sudut (six Blades Turbine),
karena turbin memiliki range volume yang besar dan dapat digunakan untuk
kecepatan putaran yang cukup tinggi.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Data pengaduk diperoleh dari Brown “Unit Operation “ hal. 507.
Di / ID = 1/3
B / ID = 1/12
W / Di = 1/5
E / Di = 1
L / Di = 1/4
Ukuran pengaduk:

Diameter pengaduk (Di)
Di = ID = 3,5882 = 1,1961 m = 3,9241 ft = 47,0889 in
3
3

Tinggi pengaduk (W)
W=
Di
= 1,1961 = 0,2392 m
5
5

Lebar pengaduk (L)
L=
Di
= 1,1961 = 0,2990 m
4
4

Lebar baffle (B)
B=
ID
= 3,5882 = 0,2990 m
12
12

Jarak pengaduk dengan dasar tangki (E)
E
= 0,75 – 1,3; dipilih 1
Di
E = 1 x 1,1961 = 1,1961 m

Kecepatan putar pengaduk (N)
N=
600
.d
WELH
2.d
(Rase, 1977)
WELH = ZL x Sg
Dimana:
N = kecepatan putar pengaduk, rpm
d = diameter pengaduk, ft
ZL = tinggi cairan dalam tangki, m
Sg = specific gravity
WELH = Water Eqiuvalent Liquid Height, ft
Kecepatan ujung pengaduk 600-900 rpm (pheriperal speed)
(Rase, 1977)
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Massa total
Fv
21.880,483 8 kg/jam
=
18,4193 m3/jam
ρcairan =
= 1.187,91 kg/m3 = 74,159 lb/ft3
 cairan   1.187,91kg / m3 
 = 1,188
 = 
Sg = 
1000
kg
/
m
3

air

 

Zl = tinggi cairan dalam shell
= 2,5928 m = 8,5066 ft
WELH = 2,5928 m x 1,188 = 3,08 m = 10,1051 ft
3,08
Jumlah pengaduk = WELH =
= 0,8584 ≈ 1 buah
3,5882
ID
Kecepatan putar pengaduk:
N = 600 ft / menit
x3,9241 ft
10,1051 ft
2 x3,9241 ft
= 55,2548 rpm = 0,9209 rps

Menghitung Power Pengaduk (P)
P=
Np..N 3 .d 5
gC
Dimana:
 campuran
NRe =
(Brown, 1978)
P
= daya pengaduk, lb.ft/s
Np
= power number
N
= kecepatan putar pengaduk = 0,9209 rps
ρ
= densitas campuran = 74,1588 lbm/ft3
d
= diameter pengaduk = 3,9241 ft
gC
= gravitasi = 32,2 ft.lbm/s2.lbf
= 6,7243 cP
= 0.0045187 lb/s.ft
N.d 2 .

0,9209 x(3,9241) 2 x74,1588
=
0,0045187
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
= 9.383,4136
Dari fig. 8.7 rase, hal.348, diperoleh Np = 6
P=
6 x(74,1588lbm / ft 3 ) x(0,9209 rps) 3 x(3,9241 ft ) 5
32,2 ft.lbm / s 2 .lbf
= 10.041,5740 ft.lbf/s = 18,2574 Hp
Effisiensi motor penggerak (η) = 88 %
Daya penggerak motor =
=
P

18,2574
= 20,7471 Hp
0,88
Maka dipakai motor dengan daya = 25 Hp (NEMA)
4. Perancangan Pendingin
1. Reaktor 1
Komponen
Panas masuk, kJ/jam Panas keluar,kJ/jam
C12H25C6H5
442.180,6939
91.557,9345
C14H29C6H5
69,375
69,375
C10H21C6H5
6.886,589
6.886,589
H2SO4
291.041,9758
288.237,3013
SO3
162.751,4674
H2O
1.503,698
C12H25C6H4.SO3H
560.593,042
Panas reaksi
4.660.936,351
Panas pendingin
4.615.018,513
Total
5.563.866,453
5.563.866,453
Menghitung dimensi pendingin
Suhu fluida panas reaktor = 46oC = 114,8oF
Suhu fluida dingin masuk = 30oC = 86oF
Suhu fluida dingin keluar = 40oC = 104oF
Fluida panas reaktor
114,8
Higher temp
Fluida dingin
86
T
28,8
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
114,8
TLMTD 
Lower temp
104
10,8
28,8  10,8
 28,8 
ln 

 10,8 
= 18,3518
Menghitung luas transfer panas
Untuk fluida panas light organik dan fluida dingin air
UD = 75-150 Btu/ft2.oF. jam
(Kern, 1983)
diambil harga UD = 150 Btu/ft2.oF. jam
Q
= 4.615.018,513 Kj
A
=
Q
U D T
=
4.374.425, 131
150 x18,3518
= 4.374.425,131 Btu
= 1.589,098 ft2
Menghitung luas selubung reaktor
A
= .D.L
=  . 3,5882 . 3,5882
= 435,1580 ft2
Perancangan Koil Pendingin

Menghitung Koefisien Transfer Panas
Nilai koefisien perpindahan panas pada RATB dengan baffle dan
didinginkan dengan koil dipakai persamaan 20.4 Kern, halaman 722.
hC =
0,87 .k  L2 .N. 


Dt
  
2/3
 Cp. 
 k 


1/ 3
  


w 
0 ,14
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.


Dimana,   
w 
0 ,14
=1
hC
= koefisien transfer panas cairan, Btu/jam.ft2.oF
Dt
= diameter reaktor = 11,7722 ft
k
= konduktivitas panas = 0,38 Btu/jam.ft. oF
Cp
= kapasitas panas larutan = 1,048 btu/lb.oF = 1,048 kkal/kg.oC
L
= dimeter putar pengaduk = 3,9241 ft
N
= kecepatan putar pengaduk = 0,9209 rps = 3.315,2885 rph
ρ
= densitas campuran = 74,1588 lb/ft3
µ
= viskositas campuran = 0,0045187 lb/s.ft = 16,2674 lb/jam.ft
µw
= viskositas air
 L2 .N. 


  
 Cp. 
 k 


hC =
2/3
1/ 3
2
3
=  (3,9241 ft ) x3.315,2885 / jamx74,1588lb / ft 
16,2674 lb / jam. ft




= 1,048 Btu / lb.Fx16,2674lb / jam. ft 
0,38 Btu / jam. ft. F


2/3
= 3.783,4984
1/ 3
= 3,5533
0,87 x0,38 Btu / jam. ft . F
x 3.783,4984 x 3,5533
11,7722 ft
= 377,546 Btu/jam.ft2.oF

Menghitung Kebutuhan Air Pendingin
Sebagai pendingin digunakan air dengan suhu masuk (T1) = 30oC (86oF)
dan suhu keluar (T2) = 40oC (104oF)
Tf =
86  104
= 95oF
2
Sifat-sifat air pada Tf = 95oF adalah:
ρ
= 1.018,27 kg/m3 = 62,0729 lb/ft3
µ = 0,733 cP = 1,936 lb/ft.jam
Cp = 1,048 kkal/kg.oC
k
= 0,356 Btu/jam.ft2.oF
Panas yang diambil pendingin,
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Qp = 4.615.018,5 kj/jam = 1.103.016 kkal/jam = 4.374.425 Btu/jam
Kebutuhan air pendingin, Wt =
=
Qp
Cp.(T2  T1 )
1.103.016 kkal / jam
1,048 kkal / kg .C.(40  30)C
= 105.249,61 kg/jam
= 232.075,39 lb/jam
Debit air pendingin, Fvp =
=
Wt

232.075,39 lb / jam
62,0729 lb/ft 3
= 3.738,7553 ft3/jam

Menghitung Luas Penampang Aliran (A)
Harga kecepatan untuk cairan dalam pipa = 1,5 – 2,5 m/s (Coulson, 2005)
Dipilih harga kecepatan cairan (v) = 2,5 m/s = 29.527,56 ft/jam
A = Fvp =  (ID)2
4
v
ID =
=
4.Fvp
.v
4 x3.738,7553 ft 3 / jam
x 29.527 ,56 ft / jam
= 0,4016 ft = 0,12245 m = 4,8207 in
Dipakai koil standar 6 in. Dari tabel 11, Kern hal.844. Sehingga didapat:
OD = 6,625 in = 0,5521 ft
ID = 6,065 in = 0,5054 ft
Luas penampang, A’ = 28,9 in2 = 0,2007 ft2
Luas perpindahan panas/panjang, A” = 1,734 ft2/ft

Menghitung Mass Velocity (V)
Gt =
Wt
A'
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
=
232.075,39 lb / jam
0,2007 ft 2
= 1.156.361,79 lb/jam.ft2
V=
=
Gt

1.156.361, 79 lb / jam. ft 2
62,0729 lb / ft 3
= 18.629,0924 ft/jam = 5,11747 ft/s

Menghitung hi dan hi0
Re dalam pipa, Ret =
=
IDxGt

0,5054 ftx1.156.361 lb / jam. ft 2
1,9360 lb / jam. ft
= 301.882,5
Untuk T = 95oF diperoleh hi = 1.450 Btu/jam.ft2.oF. Dari fig. 25, Kern.
hi0 = hi x
ID
OD
= 1.450 Btu/jam.ft2.oF x
0,5054 ft
0,5521 ft
= 1.327,434 Btu/jam.ft2.oF

Menghitung Harga LMTD
Suhu reaktor masuk
= 46oC = 114,8oF
Suhu reaktor keluar
= 46oC = 114,8oF
Suhu air masuk
= 30oC = 86oF
Suhu air keluar
= 40oC = 104oF
LMTD =
(114,8  104 )  (114,8  86)
= 18,3518
 114,8  104 
Ln

 114,8  86 
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.

Menghitung Uc dan Ud

Clean Overall Coefficient (Uc)
Uc =
=
hcxhi 0
hc  hi 0
377,546 Btu / jam. ft 2 . Fx1.327,434 Btu / jam. ft 2 . F
(377,546  1.327,434 ) Btu / jam. ft 2 . F
= 293,943 Btu/jam.ft2.oF

Rd
Dari table 12 Kern diambil harga Ud 150 Bu/jam F ft2
Rd = Uc  Ud
UcxUd
=
293,943 Btu / jam. ft 2 . F  150 Btu / jam. ft 2 . F
(293,943  150) Btu / jam. ft 2 . F
= 0,00326 jam.ft2.oF/Btu

Menghitung Luas Perpindahan Panas
A=
Qp
UdxLMTD
= 1.589,0978 ft2

Menghitung Panjang Koil
L=
=
Adesain
A"
1.589,0978 ft 2
1,734 ft 2 / ft
= 916,4347 ft

Menentukan Jumlah Lengkungan Koil
C
y
A
B
DC
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Diameter helix, DC = 0,8 x (ID reaktor) = 0,8 x 11,7722 ft = 9,4178 ft = 2,8705 m
AB = DC = 9,4178 ft = 2,8705 m
Jarak antar gulungan koil, y = OD koil = 0,2761 ft = 0,0842 m
BC = y = 0,2761 ft = 0,0842 m
(AB) 2  (BC) 2
AC =
=
(9,4178 ) 2  (0,0842 ) 2
= 9,4194 ft = 2,8718 m
Keliling busur AB = ½ x π x AB = ½ x π x 9,4178 ft = 14,7821 ft = 4,5067 m
Keliling busur AC = ½ x π x AC = ½ x π x 9,4194 ft = 14,7885 ft = 4,5087 m
Keliling lingkaran koil = keliling busur AB + keliling busur AC
= 14,7821 ft + 14,7885 ft
= 29,5782 ft = 9,0154 m
Jumlah lengkungan koil (N) =
916,435
29,5782
= 30,9 ≈ 31 lilitan
Tinggi tumpukan koil = y x N = 0,276 ft x 31 = 2,8613 m
Koil tidak tercelup seluruhnya dalam cairan, karena tinggi koil lebih tinggi dari
tinggi cairan (2,8613 m > 2,593 m)
Tinggi cairan setelah ada koil (ZC)
ZC =
Vcairan  Vkoil
Areaktor
Vc  (0,25 xxOD 2 xL )
=
0,25 xxID 2
=
36,2791m 3  (0,25 xx(0,1683 m) 2 x 279,4 m)
0,25 xx(3,5882 ) 2
= 4,2 m

Menghitung Pressure Drop Koil
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Faktor friksi, f = 0,0035 +
0,264
(Re t ) 0, 42
(Kern, 1983)
= 0,0035 +
0,264
(301.882,5 ) 0, 42
= 4,818.10-3
∆P =
fxGt 2 xL
5,22.1010 xIDxSxt
Dimana: S = spesifik gravity = 62,158 lb/ft3
L = panjang koil = 916.435 ft
Gt = 1.156.361,79 lb/jam.ft2
f = faktor friksi = 4,818.10-3

фt =  
 W



0 ,19
=1
4,818 .10 3 x(1.156.361, 79) 2 x916,435
∆P =
5,22.1010 x0,5054 x62,158 x1
= 3,6 psi
Syarat ∆P cairan dalam tube < 10 psi, maka ∆P = 3,6 psi memenuhi syarat.
2. Reaktor 2
Komponen
Panas masuk, Kj/jam Panas keluar,Kj/jam
C12H25C6H5
91.557,93449
76.741,3245
C10H21C6H5
6.886,5895
6.886,5895
C14H29C6H5
69,3755
69,3755
H2SO4
288.237,3013
284.352,2597
H2O
1.503,698
3.586,623
C12H25C6H4SO3H
560.593,042
584.282,5722
panas reaksi
965.093,4809
panas pendingin
958.022,6769
Total
1.913.941,421
1.913.941,421
Perancangan Koil Pendingin
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Menghitung Koefisien Transfer Panas
Nilai koefisien perpindahan panas pada RATB dengan baffle dan
didinginkan dengan koil dipakai persamaan pada eq. 20.4 Kern, p.722.
2
hC = 0,87 .k  L .N. 
Dt



Dimana,   
w 

2/3

 Cp. 
 k 


1/ 3
  


w 
0 ,14
0 ,14
=1
hC
= koefisien transfer panas cairan, Btu/jam.ft2.oF
Dt
= diameter reaktor = 11,7722 ft
k
= konduktivitas panas = 0,38 Btu/jam.ft. oF
Cp
= kapasitas panas larutan = 1,048 btu/lb.oF = 1,048 kkal/kg.oC
L
= dimeter putar pengaduk = 3,9241 ft
N
= kecepatan putar pengaduk = 0,9209 rps = 3.315,2885 rph
ρ
= densitas campuran = 74,1588 lb/ft3
µ
= viskositas campuran = 0,0045187 lb/s.ft = 16,2674 lb/jam.ft
µw
= viskositas air
 L2 .N. 


  
 Cp. 
 k 


hC =
2/3
1/ 3
2
3
=  (3,9241 ft ) x3.315,2885 / jamx74,1588lb / ft 
16,2674 lb / jam. ft



= 1,048 Btu / lb.Fx16,2674lb / jam. ft 
0,38 Btu / jam. ft. F


2/3

= 3.783,4984
1/ 3
= 3,5533
0,87 x0,38 Btu / jam. ft . F
x 3.783,4984 x 3,5533
11,7722 ft
= 377,546 Btu/jam.ft2.oF

Menghitung Kebutuhan Air Pendingin
Sebagai pendingin digunakan air dengan suhu masuk (T1) = 30oC (86oF)
dan suhu keluar (T2) = 40oC (104oF)
Tf =
86  104
= 95oF
2
Sifat-sifat air pada Tf = 95oF adalah:
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
ρ
= 1.018,27 kg/m3 = 62,0729 lb/ft3
µ = 0,733 cP = 1,936 lb/ft.jam
Cp = 1,048 kkal/kg.oC
= 0,356 Btu/jam.ft2.oF
k
Panas yang diambil pendingin,
Qp = 908.078,4 Btu/jam = 228.972,9 kkal/jam
Kebutuhan air pendingin, Wt =
=
Qp
Cp.(T2  T1 )
228.972,9 kkal / jam
1,048 kkal / kg .C.(40  30)C
= 21.848,561 kg/jam
= 48.176,076 lb/jam
Debit air pendingin, Fvp =
=
Wt

48.176,076 lb / jam
62,0729 lb / ft 3
= 776,1209 ft3/jam
Menghitung Luas Penampang Aliran (A)
Harga kecepatan untuk cairan dalam pipa = 1,5 – 2,5 m/s (Coulson, 2005)
Dipilih harga kecepatan cairan (v) = 2,5 m/s = 29.527,56 ft/jam
A=
Fvp

=
(ID)2
4
v
ID =
=
4.Fvp
.v
4 x776,1209 ft 3 / jam
x 29.527 ,56 ft / jam
= 0.183 ft = 0,0558 m = 2,196 in
Dipakai koil standar 2,5 in. Dari tabel 11, Kern halaman 844. Sehingga didapat:
OD =
2,88
in
= 0,07315 m = 0,24 ft
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
ID =
2,469
in
= 0,06271 m = 0,206 ft
A’ =
4,79
in2
= 0,03326 ft2
A” =
0,753 ft2/ft
 Menghitung Mass Velocity (V)
Gt = Wt
A'
=
48.176,076 lb / jam
0,03326 ft 2
= 1.448.299,57 lb/jam.ft2
V=
Gt

1.448.299, 57 lb / jam. ft 2
=
62,0729 lb / ft 3
= 23.332,2364 ft/jam = 6,481 ft/s
 Menghitung hi dan hi0
Re dalam pipa, Ret =
IDxGt

0,206 ftx1.448.299, 57 lb / jam. ft 2
=
1,9360 lb / jam. ft
= 153.919,234
Untuk T = 95oF diperoleh hi = 1.500 Btu/jam.ft2. oF. Dari fig. 25, Kern.
hi0 = hi x
ID
OD
= 1.500 Btu/jam.ft2. oF x
0,206 ft
0,24 ft
= 1.285,9375 Btu/jam.ft2. oF

Menghitung Harga LMTD
Suhu reaktor masuk
= 46oC = 114,8oF
Suhu reaktor keluar
= 46oC = 114,8oF
Suhu air masuk
= 30oC = 86oF
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Suhu air keluar
LMTD =
= 40oC = 104oF
(114,8  104 )  (114,8  86)
= 18,3518oF
 114,8  104 
Ln

 114,8  86 
 Menghitung Uc dan Ud

Clean Overall Coefficient (Uc)
Uc =
=
hcxhi 0
hc  hi 0
377,546 Btu / jam. ft 2 . Fx1.285,9375 Btu / jam. ft 2 . F
(377,546  1.285,9375 ) Btu / jam. ft 2 . F
= 291,858 Btu/jam.ft2.oF

Rd
Ud =
=
Uc  Ud
UcxUd
291,858 Btu / jam. ft 2 . F  150 Btu / jam. ft 2 . F
(291,858 x150 ) Btu / jam. ft 2 . F
= 0,00324 Btu/jam.ft2.oF
 Menghitung Luas Perpindahan Panas
A=
Qp
UdxLMTD
= 494,8166 ft2
 Menghitung Panjang Koil
L=
Adesain
A"
494,8166 ft 2
=
0,753 ft 2 / ft
= 657,127 ft
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
 Menentukan Jumlah Lengkungan Koil
C
y
A
B
DC
Diameter helix, DC = 0,8 x (ID reaktor) = 0,8 x 11,7722 ft = 9,4178 ft = 2,8705 m
AB = DC = 9,4178 ft = 2,8705 m
Jarak antar gulungan koil, y = OD koil = 0,07315 m = 0,24 ft
BC = y = 0,07315 m = 0,24 ft
AC =
=
(AB) 2  (BC) 2
(9,4178 ) 2  (0,24) 2
= 9,416 ft = 2,871 m
Keliling busur AB = ½ x π x AB = ½ x π x 9,4178 ft = 14,782 ft = 4,507 m
Keliling busur AC = ½ x π x AC = ½ x π x9,416 ft = 14,7833 ft = 4,5071 m
Keliling lingkaran koil = keliling busur AB + keliling busur AC
= 14,782 ft + 14,7833 ft
= 29,565 ft = 9,0139 m
Jumlah lengkungan koil (N) =
657,127
29,565
= 22,226 ≈ 23 lilitan
Tinggi tumpukan koil = y x N = 0,24 ft x 23 =0,9512 m
Koil tercelup seluruhnya dalam cairan, karena tinggi koil lebih rendah dari tinggi
cairan (0,9512 m < 2,2069 m)
Tinggi cairan setelah ada koil (ZC)
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
ZC = Vcairan  Vkoil
Areaktor
Vc  (0,25 xxOD 2 xL )
=
0,25 xxID 2
=
1.280,2023 ft 3  (0,25 xx(0,24 ft ) 2 x657,127 ft )
0,25 xx(11,7722 ft ) 2
= 3,673 m

Menghitung Pressure Drop Koil
Faktor friksi, f = 0,0035 +
0,264
(Re t ) 0, 42
(Kern, 1983)
= 0,0035 +
0,264
(153.919,23 4) 0, 42
= 5,25.10-3
∆P =
fxGt 2 xL
5,22.1010 xIDxSxt
Dimana : S = spesifik gravity = 62,158 lb/ft3
L = panjang koil = 657,127 ft
Gt = 1.448.299,57 lb/jam.ft2
f = faktor friksi = 5,325.10-3

фt =  
 W
∆P =



0 ,19
=1
5,325 .10 3 x(1.448.299, 57 ) 2 x657,127
= 2,765 psi
5,22.1010 x0,206 x62,158 x1
Syarat ∆P cairan dalam tube < 10 psi, maka ∆P = 2,765 psi memenuhi syarat.
3. Reaktor 3
Komponen
C12H25C6H5
C10H21C6H5
Panas masuk, Kj/jam
76.741,324
6.886,589
Panas keluar,Kj/jam
4.421,806
6.886,589
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
C14H29C6H5
H2SO4
H2O
C12H25C6H4SO3H
panas reaksi
panas pendingin
Total
69,375
284.352,2597
3.586,623
584.282,5722
808.914,6226
69,375
265.389,4651
13.753,3313
699.910,6006
774.402,198
1.764.833,367
1.764.833,367
Perancangan Koil Pendingin
Menghitung Koefisien Transfer Panas
Nilai koefisien perpindahan panas pada RATB dengan baffle dan
didinginkan dengan koil dipakai persamaan pada eq. 20.4 Kern, p.722.
2
hC = 0,87 .k  L .N. 
Dt



Dimana,   
w 

2/3

 Cp. 
 k 


1/ 3
  


w 
0 ,14
0 ,14
=1
hC
= koefisien transfer panas cairan, Btu/jam.ft2.oF
Dt
= diameter reaktor = 11,7722 ft
k
= konduktivitas panas = 0,38 Btu/jam.ft. oF
Cp
= kapasitas panas larutan = 1,048 btu/lb.oF = 1,048 kkal/kg.oC
L
= dimeter putar pengaduk = 3,9241 ft
N
= kecepatan putar pengaduk = 0,9209 rps = 3.315,2885 rph
ρ
= densitas campuran = 74,1588 lb/ft3
µ
= viskositas campuran = 0,0045187 lb/s.ft = 16,2674 lb/jam.ft
µw
= viskositas air
 L2 .N. 


  
 Cp. 
 k 


hC =
2/3
1/ 3
2
3
=  (3,9241 ft ) x3.315,2885 / jamx74,1588lb / ft 
16,2674 lb / jam. ft



= 1,048 Btu / lb.Fx16,2674lb / jam. ft 
0,38 Btu / jam. ft. F


2/3

= 3.783,4984
1/ 3
= 3,5533
0,87 x0,38 Btu / jam. ft . F
x 3.783,4984 x 3,5533
11,7722 ft
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
= 377,546 Btu/jam.ft2.oF

Menghitung Kebutuhan Air Pendingin
Sebagai pendingin digunakan air dengan suhu masuk (T1) = 30oC (86oF)
dan suhu keluar (T2) = 40oC (104oF)
Tf = 86  104 = 95oF
2
Sifat-sifat air pada Tf = 95oF adalah:
ρ
= 1.018,27 kg/m3 = 62,0729 lb/ft3
µ = 0,733 cP = 1,936 lb/ft.jam
Cp = 1,048 kkal/kg.oC
k
= 0,356 Btu/jam.ft2.oF
Panas yang diambil pendingin,
Qp = 734.030,5195 Btu/jam = 185.086,5674 kkal/jam
Kebutuhan air pendingin, Wt =
=
Qp
Cp.(T2  T1 )
185.086,56 74 kkal / jam
1,048 kkal / kg .C.(40  30)C
= 17.660,932 kg/jam
= 38.942,355 lb/jam
Debit air pendingin, Fvp =
=
Wt

38.942,355 lb / jam
62,0729 lb / ft 3
= 627,365 ft3/jam
Menghitung Luas Penampang Aliran (A)
Harga kecepatan untuk cairan dalam pipa = 1,5 – 2,5 m/s (Coulson, 2005)
Dipilih harga kecepatan cairan (v) = 2,5 m/s = 29.527,56 ft/jam
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
A = Fvp =  (ID)2
4
v
ID =
=
4.Fvp
.v
4 x627,365 ft 3 / jam
x 29.527 ,56 ft / jam
= 0,1645 ft = 0,05 m = 1,975 in
Dipakai koil standar 2 in. Dari tabel 11, Kern hal.844. Sehingga didapat:
OD =
2,38 in = 0,0604 m = 0,1983 ft
ID =
2,067 in = 0,0525 m = 0,1723 ft
A’ =
3,38 in2 = 0,0235 ft2
A” =
0,622 ft2/ft
 Menghitung Mass Velocity (V)
Gt = Wt
A'
=
38.942,355 lb / jam
0,0235 ft 2
= 1.673.940,04 lb/jam.ft2
V=
Gt

1.673.940, 04 lb / jam. ft 2
=
62,0729 lb / ft 3
= 26,967,3245 ft/jam = 7,491 ft/s
 Menghitung hi dan hi0
Re dalam pipa, Ret =
IDxGt

0,1723 ftx1.673.940, 04 lb / jam. ft 2
=
1,9360 lb / jam. ft
= 148.933,973
Untuk T = 95oF diperoleh hi = 1.450 Btu/jam.ft2.oF. Dari fig. 25, Kern.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
hi0 = hi x ID
OD
= 1.450 Btu/jam.ft2. oF x
0,1723 ft
0,1983 ft
= 1.259,3067 Btu/jam.ft2. oF

Menghitung Harga LMTD
Suhu reaktor masuk
= 46oC = 114,8oF
Suhu reaktor keluar
= 46oC = 114,8oF
Suhu air masuk
= 30oC = 86oF
Suhu air keluar
= 40oC = 104oF
LMTD =
(114,8  104 )  (114,8  86)
= 18.3518oF
 114,8  104 
Ln

 114,8  86 
 Menghitung Uc dan Ud

Clean Overall Coefficient (Uc)
Uc =
=
hcxhi 0
hc  hi 0
377,546 Btu / jam. ft 2 . Fx1.259,3067 Btu / jam. ft 2 . F
(377,546  1.259,3067 ) Btu / jam. ft 2 . F
= 290,4636 Btu/jam.ft2.oF

Rd
Rd =
=
Uc  Ud
UCxUd
290,4636 Btu / jam. ft 2 . Fx150 Btu / jam. ft 2 . F
(290,4636  150) Btu / jam. ft 2 . F
= 0,0032 Btu/jam.ft2.oF
 Menghitung Luas Perpindahan Panas
A=
Qp
UdxLMTD
= 266,6513 ft2
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
 Menghitung Panjang Koil
L = Adesain
A"
=
266,6513 ft 2
0,622 ft 2 / ft
= 428,7 ft
 Menentukan Jumlah Lengkungan Koil
C
y
A
B
DC
Diameter helix, DC = 0,8 x (ID reaktor) = 0,8 x 11,7722 ft = 9,4178 ft = 2,8705 m
AB = DC = 9,4178 ft = 2,8705 m
Jarak antar gulungan koil, y = OD koil = 0,0604 m = 0,1983 ft
BC = y = 0,0604 m = 0,1983 ft
AC =
=
(AB) 2  (BC) 2
(9,41788 ) 2  (0,1983) 2
= 9,4183 ft = 2,8707 m
Keliling busur AB = ½ x π x AB = ½ x π x 9,4178 ft = 14,7821 ft = 4,5067 m
Keliling busur AC = ½ x π x AC = ½ x π x 9,4183 ft = 14,783 ft = 4,507 m
Keliling lingkaran koil = keliling busur AB + keliling busur AC
= 14,7821 ft + 14,783 ft
= 29,5726 ft = 9,0137 m
Jumlah lengkungan koil (N) =
428,7
29,57
= 14,5 ≈ 15 lilitan
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Tinggi tumpukan koil = y x N = 0,1983 ft x 15 =0,544 m
Koil tercelup seluruhnya dalam cairan, karena tinggi koil lebih rendah dari tinggi
cairan (0,544 m < 2,2069 m)
Tinggi cairan setelah ada koil (ZC)
ZC = Vcairan  Vkoil
Areaktor
=
Vc  (0,25 xxOD 2 xL )
0,25 xxID 2
=
1.280,2023 ft 3  (0,25 xx(0,1983 ft ) 2 x 428,77 ft )
0,25 xx(10,3540 ft ) 2
= 3,627 m

Menghitung Pressure Drop Koil
Faktor friksi, f = 0,0035 +
0,264
(Re t ) 0, 42
(Kern, 1983)
= 0,0035 +
0,264
(148.933,97 3) 0, 42
= 5,274.10-3
fxGt 2 xL
∆P =
5,22.1010 xIDxSxt
Dimana : S = spesifik gravity = 62,158 lb/ft3
L = panjang koil = 428,77 ft
Gt = 1.673.940,04 lb/jam.ft2
f = factor friksi = 5,274.10-3


фt =   
 W 
0 ,19
=1
5,274 .10 3 x(1.673.940, 04 ) 2 x 428,77
∆P =
= 4,642 psi
5,22.1010 x0,1723 x62,158 x1
Syarat ∆P cairan dalam tube < 10 psi, maka ∆P = 4,642 psi memenuhi syarat.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
NETRALISER
Tugas : Menetralkan DDBS menjadi SDBS dengan menggunakan NaOH 20%.
Jenis : Silinder tegak berpengaduk yang dilengkapi dengan koil pendingin.
Kodisi : Eksotermis, T = 55°C, P = 1 atm
1.
Menghitung kecepatan volumetrik umpan
fraksi
Komponen
kg/jam
FV,
fraksi
massa
BM
kmol/jam
mol
p,kg/m3
m3/jam
C12H25C6H5
96,637
0,004
246
0,393
0,001
829,65
0,1165
C10H21C6H5
135,252
0,006
218
0,620
0,002
831,26
0,1627
C14H29C6H5
1,960
0,000
274
0,007
0,000
832,6
0,0024
H2SO4
440,596
0,019
98
4,496
0,016
1.796,03
0,2453
H2O
124,271
0,005
18
6,904
0,025
999,71
0,1243
12.677,932
0,559
326
38,889
0,138
916,06
13,84
9.187,329
0,405
40
229,683
0,817
1.898,42
4,84
22.663,976
1,000
280,993
1,000
C12H25C6H4SO3H
NaOH 20%
Komponen
kg/jam
fraksi massa (x)
Cp
x*
C12H25C6H5
96,637
C10H21C6H5
135,252
0,006
1,85
C14H29C6H5
1,960
0,000
3,45 0,000299
H2SO4
440,596
0,019
9,42
H2O
124,271
0,005
0,51 0,002784
12.677,932
0,559
11,19
6,2608
9.187,329
0,405
1,554
0,6299
22.663,976
1,000
C12H25C6H4SO3H
NaOH 20%
0,004 2,4717
19,3302
0,0105
0,01104
0,1831
7,0985
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
2.
Menghitung Volume Netraliser
Kecepatan volumetris umpan
Fv = 19,3302 m3/jam.
Waktu tinggal = 1,5 jam (Grogins, 1958)
Konsentrasi dbsa (Cao)
2,2838
kmol/m3
Konsentrasi NaOH 20% ( Cbo)=
13,4884
kmol/m3
ratio mol umpan masuk (M) =
5,9061
Konversi (XA)
=
=
0,95
Menghitung konstanta kecepatan reaksi kimia
Persamaan keceptan reaksi dapat ditulis
(rA )  -
k
k =
dCA
dCB

 kC ACB
dt
dt
 M  XA 
1

.Ln
C AO ( M  1)t
 M (1  X A ) 
0,1678
m³/kmol.jam
menghitung volume netraliser
V1 
Fv (X A1  X A0 )
kC AO (1  X A1 )( M  X A1 )
XA0 =
0
XA1 =
0,95
Volume reaktor = 170,3354 m³
Perancangan yang dibuat ini memilih over design 20 %, sehingga volume cairan
menjadi:
Vcairan = 1,2 x 170,3354 m3 = 204,4025 m3
Pengambilan H/D diusahakan mendekati 1, karena jika H/D terlalu besar
atau terlalu kecil maka:
-
Pengadukan tidak sempurna
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
-
Ada gradien konsentrasi dalam reaktor
-
Distribusi panas tidak merata
D:H=1
(Brownell, 1959)
Jenis head dipilih teorispherical flanged and dished head, karena operasi pada
tekan atmosferis dan harganya murah.
Volume shell
=
=
D
=
=

4

4
3
3
D2 H
D3
4 Vshell

4 x 204,4025

= 6,00 m
= 236,156 in
H
= 6,00 m
Volume dish
= 0,000049 Ds3
Dimana:
Ds
= diameter shell, in
Vdish
= 0,000049 x (236,156)3
= 645,3488 ft3

Vsf
=
diambil sf
=2
Vsf
=
4

4
D2
sf
144
x ( 236,156 ) 2 x
2
144
= 608,046 ft3
Sehingga,
Vhead
= 2 ( Vdish + Vsf )
= 2 x (645,3488 + 608,046)
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
= 2.506,7887 ft3
= 70,99 m3
Vnetraliser
= Vshell + Vhead
= 204,4025 m3 + 70,99 m3
= 275,3948 m3
Volume bottom = 0,5 x 70,99 m3 = 35,5 m3
Volume cairan dalam shell, Vc = 204,4025 – 35,5 = 168,9064 m3
Tinggi cairan dalam shell, L = 4.Vc2
.D
=
4 x168,9064
x(6) 2
= 5,98 m
3.
Menghitung Tebal Dinding Netraliser (Shell)
Dipilih dinding dengan jenis Stainless Steel SA 302, Grade A
tS =
Dimana :
P.r
+C
f .E  0,6.P
(brownell, 1959)
tS = tebal dinding tangki minimum, in
P = tekanan design, psi
r = jari-jari tangki, in = 118,078 in
f = tekanan maksimum yang diijinkan = 18.750 psi
E = effisiensi penyambungan = 0,85
C = faktor korosi, 1/8 in = 0,125 in
P design = P reaksi + P hidrostatis
P reaksi = 1 atm = 14,7 psi
Phidrostatis
= camp g
H = tinggi cairan
= 5,98 m = 19,62 ft
gc
xh
dimana g/gc = 1
Jadi Phidrostatis = 1.330,9663 kg/m3 x 5,98 m
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
= 7.959,35 kg/m2
= 11,297 psi
P design = 14,7 + 11,297 = 25,99 psi
25,99 x118,078
 0,125
18.750 x0,85  0,6 x 25,99
tS =
= 0,3178 in
Dipilih tebal standar
3
in
8
OD = ID + 2 tS
= 236,156 + 2 x 0,375
= 236,792 in
Standarisasi dari tabel 5.7 Brownell, hal.90, didapat:
OD = 240 in ; icr = 14,4375 in ; r = 180 in
4.
Menghitung Ukuran Head
Untuk menghitung tebal head digunakan persamaan:
0,885 .P.r
C
f .E  0,1.P
tH =
=
0,885 x 25,99 x118,078
 0,125
18.750 x0,85  0,1x 25,99
= 0,2955 in
Dipilih tebal standar
5
in
16
OD = ID + 2 tH
= 236,156 + 2 x 0,3125
= 236,7813 in
Standarisasi dari tabel 5.7 Brownell, hal.91, didapat:
OD = 240 in ; icr = 14,4375 in ; r = 180 in
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
a = 0,5 x ID
= 0,5 x 236,156 in = 118,0781 in
AB = a - icr
= 118,0781 – 14,4375 = 103,6406 in
BC = r – icr
= 180 – 14,4375 = 165,5625 in
(BC) 2  (AB) 2
AC =
=
(165,5625 ) 2  (103,6406 ) 2
= 129,1107 in
b = r – AC
= 180 – 129,1107 = 50,8893 in
Dari tabel 5.8 Brownell, hal.93, didapat sf = 2 in
OA = tH + b + sf
= 0,3125 + 50,8893 + 2 = 53,2018 in = 1,3513 m
Jadi tinggi netraliser total = 7,3315 m
5.
Menghitung Ukuran dan Power Pengaduk
Digunakan pengaduk jenis turbin dengan 6 sudu (six Blades Turbine),
karena turbin memiliki range volume yang besar dan dapat digunakan untuk
kecepatan putaran yang cukup tinggi
Data pengaduk diperoleh dari Brown “Unit Operation “ hal. 507.
Ukuran pengaduk:

Diameter pengaduk (Di)
Di =

ID
6
=
= 2 m = 6,5599 ft
3
3
Tinggi pengaduk (W)
2
W = Di = = 0,3999 m

5
5
Lebar pengaduk (L)
L=
2
Di
= = 0,4 m
4
4
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.

Lebar baffle (B)
B = ID/12 = 6/12 = 0,5 m

Jarak pengaduk dengan dasar tangki (E)
E
= 0,75 – 1,3; dipilih 1
Di
E = 1 x Di = 1 x 1,9995 = 1,9995 m

Kecepatan putar pengaduk (N)
N=
600
.d
WELH
2.d
(Rase, 1977)
WELH = ZL x Sg
Dimana:
N = kecepatan putar pengaduk, rpm
d = diameter pengaduk, ft
ZL = tinggi cairan dalam tangki, ft
Sg = specific gravity
WELH = Water Eqiuvalent Liquid Height, ft
Kecepatan ujung pengaduk 600-900 rpm (pheriperal speed)
ρcairan =
=
(Rase, 1977)
Massatotal
Fv
22.663,976 kg / jam
17,0282 m 3 / jam
= 1.330,9663 kg/m³ = 83,159 lb/ft3
 cairan   1.330,9663 kg / m3 
 = 1,33
 = 
Sg = 
 air   1.000 kg / m3 
ZL = tinggi cairan dalam shell (L) = 5,9984 m
WELH = 1,33 x 5,9984 m = 7,9836 m = 26,1930 ft
Jumlah pengaduk =
7,9836
WELH
=
= 1,3310 ≈ 1 buah
6
ID
Kecepatan putar pengaduk:
N=
600 ft / menit
x6,5599 ft
26,1930 ft
2 x6,5599 ft
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
= 41,1580 rpm = 0,6860 rps
Menghitung Power Pengaduk (P)
Dari Brown “Unit Operations” hal.508 diperoleh persamaan:
P=
Np..N 3 .d 3
gC
Dimana :
P
= daya pengaduk, lb.ft/s
Np
= power number
N
= kecepatan putar pengaduk = 0,6860 rps
ρ
= densitas campuran = 83,1588 lbm/ft3
d
= diameter pengaduk = 6,5599 ft
gC
= gravitasi = 32,17 ft.lbm/s2.lbf
µ campuran= 7,0985 cP = 4,77.10-3 lb/s.ft
NRe =
N.d 2 .

0,6860 x(6,5599 ) 2 x83,1588
=
4,77.10 - 3
= 20.748,587
Dari fig. 477 Brown, hal.507, diperoleh Np = 3
P=
6 x(83,1588lbm / ft 3 ) x(0,6860 rps) 3 x(6,5599 ft ) 5
32,17 ft.lbm / s 2 .lbf
= 30.378,4390 ft.lbf/s = 55,2335 Hp
Effisiensi motor penggerak (η) = 88 %
Daya penggerak motor =
=
P

55,2335
= 62,7654 Hp
0,88
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Maka dipakai motor dengan daya = 70 Hp (NEMA)
6.
Perancangan Koil Pendingin
Menghitung Koefisien Transfer Panas
Nilai koefisien perpindahan panas, dapat dipakai persamaan pada eq. 20.4
Kern, p.722.
2
hC = 0,87 .k  L .N. 
Dt
  


Dimana,   
w 
2/3
 Cp. 
 k 


1/ 3
  


w 
0 ,14
0 ,14
=1
hC
= koefisien transfer panas cairan, Btu/jam.ft2.°F
Dt
= diameter tangki = 19,68 ft
k
= konduktivitas panas = 0,38 Btu/jam.ft.°F
Cp
= kapasitas panas larutan = 1 btu/lb.°F = 1 kkal/kg.°C
L
= dimeter putar pengaduk = 6,5599 ft
N
= kecepatan putar pengaduk = 41,1580 rpm = 0,6860 rps = 2.469,4786 rph
ρ
= densitas campuran = 83,1588 lb/ft3
µ
= viskositas campuran = 4,77.10-3 lb/s.ft = 3,5 lb/jam.ft
µw
= viskositas air
 L2 .N. 


  
 Cp. 
 k 


hC =
2/3
1/ 3
2
3
=  (6,5599 ft ) .2.469,4786 / jam.83,1588 lb / ft 
3,5lb / jam. ft




= 1Btu / lb.F .3,5lb / jam. ft 

0,38 Btu / jam. ft . F

2/3
= 18.542,11128
1/ 3
= 2,096
0,87 x0,38 Btu / jam. ft . F
x 18.542,11128 x 2,096
19,68 ft
= 652,938 Btu/jam.ft2.°F
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Menghitung Kebutuhan Air Pendingin
Sebagai pendingin digunakan air dengan suhu masuk (T1) = 30°C (86°F)
dan suhu keluar (T2) = 40°C (104°F)
Tf = 86  104 = 95°F
2
Sifat-sifat air pada Tf = 95°F adalah:
ρ = 1.018,27 kg/m3 = 62,0729 lb/ft3
µ = 0,733 cP = 1,936 lb/ft.jam
Cp = 1,048 kkal/kg.°C = 1,048 Btu/lb.°F
k = 0,356 Btu/jam.ft2.°F
Qp = 6.439.033 kkal/jam = 25.550.942 btu/jam
Kebutuhan air pendingin, Wt =
=
Qp
Cp.(T2  T1 )
6.439.033 kkal / jam
1,048 kkal / kg .C.(40  30)C
= 614.411,52 kg/jam
= 1.354.777,4 lb/jam
Wt

1.354.777,52lb / jam
=
62,0729 lb / ft 3
Debit air pendingin, Fvp =
= 21.825,586 ft3/jam
Menghitung Luas Penampang Aliran (A)
Harga kecepatan untuk cairan dalam pipa = 1,5 – 2,5 m/s (Coulson, 2005).
Dipilih harga kecepatan cairan (v) = 2,5 m/s = 29.527,5591 ft/jam
A=
ID =
=
Fvp

=
(ID)2
4
v
4.Fvp
.v
4 x 21.825,586 ft 3 / jam
x 29.527 ,5591 ft / jam
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
= 0,97 ft = 0,296 m = 11,647 in
Dipakai koil standar 12 in. Dari table 11, Kern hal.844. Sehingga didapat:
OD = 12,75 in = 1,0625 ft
ID = 12,09 in = 1,0075 ft
Luas penampang, A’ = 115 in2 = 0,7986 ft2
Luas perpindahan panas/panjang, A” = 3,338 ft2/ft

Menghitung Mass Velocity (V)
Gt =
=
Wt
A'
1.354.777, 4 lb / jam
0,7986 ft 2
= 1.275.084,6 lb/jam.ft2
V=
=
Gt

1.275.084, 6 lb / jam. ft 2
62,0729 lb / ft 3
= 20.541,728 ft/jam = 5,706 ft/s
Menghitung hi dan hi0
Re dalam pipa, Ret =
=
IDxGt

01,0075 ftx1.275.084, 6 lb / jam. ft 2
1,936lb / jam. ft
= 663.557,72
Untuk T = 95°F diperoleh hi = 1.500 Btu/jam.ft2.°F. Dari fig. 25, Kern.
hi0 = hi x
ID
OD
= 1500 Btu/jam.ft2.°F x
1,0075 ft
1,0625 ft
= 1.422,3529 Btu/jam.ft2. °F.
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Menghitung Harga LMTD
Suhu reaktor masuk
= 55°C = 131°F
Suhu reaktor keluar
= 55°C = 131°F
Suhu air masuk
= 30°C = 86°F
Suhu air keluar
= 40°C = 104°F
LMTD =
(131  104 )  (131  86)
 131  104 
Ln 

 131  86 
= 35,2371°F
Menghitung Uc dan Ud

Clean Overall Coefficient (Uc)
Uc =
hcxhi 0
hc  hi 0
652,938 Btu / jam. ft 2 . Fx1.422,3529 Btu / jam. ft 2 . F
=
(652,938  1.422,3529 ) Btu / jam. ft 2 . F
= 447,5077 Btu/jam.ft2.°F

Rd
Rd = Uc  Ud
UcxUd
=
447,5077 Btu / jam. ft 2 . F  150 Btu / jam. ft 2 . F
(447,5077  150) Btu / jam. ft 2 . F
= 0,00443 Btu/jam.ft2. °F
Menghitung Luas Perpindahan Panas
A=
=
Qp
UdxLMTD
25.550.942 Btu / jam
150 Btu / jam. ft 2 . Fx35,2371  F
= 4.834,1022 ft2
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Menghitung Panjang Koil
L = Adesain
A"
4.834,1022 ft 2
=
3,338 ft 2 / ft
= 1.448,2032 ft
Menentukan Jumlah Lengkungan Koil
C
y
A
B
DC
Diameter helix, DC = 0,8 x (ID reaktor) = 0,8 x 6 m = 4,799 m
AB = DC = 4,799 m
Jarak antar gulungan koil, y = 0,5 x OD koil = 0,5 x 1,0625 ft = 0,53125 ft
BC = y = 0,53125 ft = 0,162 m
AC =
=
(AB) 2  (BC) 2
(4,799 ) 2  (0,162 ) 2
= 4,8014 m
Keliling busur AB = ½ x π x AB = ½ x π x 15,7397 ft = 24,711 ft
Keliling busur AC = ½ x π x AC = ½ x π x 15,749 ft = 24,725 ft
Keliling lingkaran koil = keliling busur AB + keliling busur AC
= 24,711 ft + 24,725 ft
= 49,4368 ft
Jumlah lengkungan koil (N) =
1.448,2031
49,4368
= 29,294 ≈ 30 lilitan
Wawan Kurniawan
D 500100026
Prarancangan Pabrik Sodium Dodekilbenzen Sulfonat dengan Proses Sulfonasi Oleum
Kapasitas 120.000 ton/tahun.
Tinggi tumpukan koil = y x N = 0,162 ft x 30 =5,345 m
Tinggi cairan setelah ada koil (ZC)
ZC = Vcairan  Vkoil
Areaktor
=
Vc  (0,25 xxOD 2 xL )
0,25 xxID 2
=
168,9064 m 3  (0,25 xx(0,32385 m) 2 x 441,4123 m)
0,25 xx(6m) 2
= 7,267 m
Menghitung Pressure Drop Koil
Faktor friksi, f = 0,0035 +
0,264
(Re t ) 0, 42
(Kern, p.53)
= 0,0035 +
0,264
663.557,72 0,42
= 4,447.10-3
∆P =
fxGt 2 xL
5,22.1010 xIDxSxt
Dimana : S = spesifik gravity = 62,158 lb/ft3
L = panjang koil = 1.448,2032 ft
Gt = 1.275.084,6 lb/jam.ft2
f = factor friksi = 4,447.10-3

фt =  
 W



0 ,19
=1
4,447.10 - 3 x(1.275.084, 6 ) 2 x1.448,2032
∆P =
= 3,2031 psi
5,22.10 10 x1,0075 x62,158 x1
Syarat ∆P cairan dalam tube < 10 psi, maka ∆P = 3,2031 psi memenuhi syarat.
Wawan Kurniawan
D 500100026
DIAGRAM ALIR PROSES
PABRIK SODIUM DODEKILBENZEN SULFONAT DENGAN PROSES SULFONASI OLEUM
KAPASITAS 120.000 TON/TAHUN
L-10
TC
FC
LI
S team
C
F-01
1
46
3a
E-01
1
46
L-01
1
32
1
30
1
VM
1
46
3b
7
4
30
1
1
46
3c
1
32
H
LC
L-03
1
46
TC
LC
LC
HW
CW
R-01
S team
R-02
CW
TC
TC
LC
LC
CW
TC
M-01
R-03
E-03
5
55,8
1
TC
E-02
VM
C
F-02
1
30
2
1
55
L-02
TC
9
30
1
1
110
13
TC
S team
55
1
L-04
L-11
6
32
1
L-05
FC
LI
CW
LI
C
E-04
S team
32
1
TC
C
E-05
1
30
8
F-04
UPL
LC
LC
HW
S team
LC
FC
VM
M-02
TC
CW
V
N-01
LI
F-03
10
L-07
30,9
1
TC
1
110
12
11
L-08
E-06
LI
CW
F-05
L-09
55
1
L-06
ALAT
KETERANGAN
ALAT
KETERANGAN
Tekanan, atm
FC
Reaktor
R
M
V
E
F
Flow Control
Nomor arus
Temper atur, °C
Kontrol Valve
Arus Utama
Suplai List rik
Udara Tekan
VM
LC
TC
LI
Volumeter
P
Level Control
Temperatur Control
Level Indicator
E
N
H
F
L
CW
Reaktor
Mixer
Eviapor ator
Heater
Bin
Cooler
Net raliser
Decanter
Tangki
Pompa
Cooling Water
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS T EKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH
SURAKARTA
GA MBAR :
DIA GRAM A LIR PROS ES
PA BRIK SOD IUM DOD EK ILBENZEN S ULFO NAT
DENG AN PRO SES S ULFON ASI OLEUM
KA PAS ITA S 120.000 TON/TAHU N
DIKERJAKAN OLEH :
WAWAN KURNIAWAN
D 500100026
DOSEN PEMBIMBING:
1. Dr Ir.AHMAD M.FUADI,MT.
2. ROIS FATONI ST, M.Sc, PhD