Tugas Kelompok #5 TK5020 Troubleshooting & Analisis Sistem Proses Semester I Tahun 2019/2020 Bagian 1 ; Batas Waktu : Jumat, 20 Desember 2019, Jam 13:00 WIB Reaksi pembentukan amoniak adalah reaksi kesetimbangan yang bersifat eksotermik dengan persamaan reaksi sbb: N 2 + 3 H2 2 NH3 Reaksi ini telah banyak ditunjukkan menuruti persamaan kinetika yang diusulkan oleh Temkin seperti berikut: (1) (2) 1− pH 23 p NH 3 2 r = k1 p N 2 − k −1 2 3 p p NH 3 H2 − Ea1 − Ea−1 k−1 = A−1 exp k1 = A1 exp dan RT RT Eksponen memiliki harga sekitar 0,5. Bila r dinyatakan dalam satuan kmol/jam, harga tipikal parameter konstanta kecepatan reaksi adalah A1 = 47189.9 A-1 = 3.39271x1014 ; ; Ea1 = 20613.615 Ea-1 = 38157.807 kkal/kmol kkal/kmol Sebagai harga tipikal yang bergantung pada jenis dan kondisi katalis, harga-harga ini perlu disesuaikan lagi dengan kondisi aktual di lapangan. Setelah menyimak data temperatur pada Tabel 1, lakukan analisis dan evaluasi untuk kasus-kasus berikut: 1. Untuk kasus disain, tentukan berapa konversi di masing-masing unggun katalis dan berapa fraksi porsi aliran pendingin (quench) menuju masingmasing unggun. 2. Dengan data disain tersebut, tentukan kelima parameter kinetika reaksi yang anda perlukan ( , A1 , Ea1 , A-1 , Ea-1). Gunakan harga-harga tipikal di atas sebagai tebakan awal. 3. Apakah masih ada kemungkinan untuk mengoptimalkan keempat fraksi aliran pendingin ini untuk memaksimalkan konversi keseluruhan? 4. Lakukan analisis sensitivitas untuk mengilustrasikan dampak terjadinya channeling di salah satu ataupun keseluruhan unggun katalis. Berdasarkan data operasi kasus-A, tentukan berapa besar tingkat channeling di masingmasing unggun katalis. Studi Kasus Reaktor Amonia hal. 1/3 5. Lakukan analisis sensitivitas untuk mengilustrasikan dampak terjadinya deaktivasi katalis di salah satu ataupun keseluruhan unggun katalis. Berdasarkan data operasi kasus-B, tentukan berapa besar tingkat deaktivasi di masing-masing unggun katalis. 6. Lakukan analisis sensitivitas untuk mengilustrasikan dampak terjadinya channeling yang bersamaan dengan terjadinya deaktivasi katalis di salah satu ataupun keseluruhan unggun katalis. 7. Berikan analisis apakah konfigurasi reaktor amoniak ini akan rentan terhadap pertistiwa histerisis karena ketidak-stabilan operasi dikarenakan oleh penggunaan alat penukar panas 122C. Gas Umpan HCV-11 Gas Produk 122 C quench 1 MIC-13 Unggun 1 quench 2 MIC-14 Unggun 2 quench 3 MIC-15 Unggun 3 quench 4 MIC-16 Unggun 4 Gambar 1. Skema Konfigurasi 4 Unggun Reaktor Amonia Studi Kasus Reaktor Amonia hal. 2/3 Tabel 1. Data Perbandingan Kondisi Operasi Uraian Design Case Case-A Case-B Laju alir umpan ke loop (kgmol/j) 29.000 29.000 29.000 Temperatur (C) Konverter in/out Unggun #1 inlet Unggun #1 outlet Unggun #2 inlet Unggun #2 outlet Unggun #3 inlet Unggun #3 outlet 138/321 333,4 482,7 394,8 457,6 396,6 442,2 138/321 331,7 474,1 388,4 453,0 392,9 439,5 138/321 331,6 476,3 390,0 453,7 393,4 439,3 Rasio H2/N2 3,00 3,00 3,00 Inert (CH4+Ar) (%) 9,00 9,00 9,00 NH3 inlet konverter (%) 2,55 2,55 2,55 NH3 dlm. gas hasil (%) 14,64 14,51 14,51 152,5 152,5 152,5 150,9 150,5 150,5 Tekanan masuk konvter (bar) 2 Tekanan keluar konverter (kg/cm ) Tabel 2. Data Komposisi Inlet-Outlet Konverter Kasus Disain N2 H2 NH3 CH4 Ar %-mol %-mol %-mol %-mol %-mol Inlet 22,24 66,72 2,04 6,45 2,55 Outlet 18,81 56,43 14,64 7,25 2,86 Tabel 3. Data Unggun Katalis Volume (m3) Diameter (m) Panjang (m) Fraksi Kosong Dia Partikel (m) Sphericity padatan (kg/m3) ________________________________________ Studi Kasus Reaktor Amonia Bed-1 12,15 1,1 3,75 0.36 0.00138 0.5 3360 Selamat Bekerja Bed-2 13,82 1,1 4,00 0.36 0.00138 0.5 3360 Bed-3 17,49 1,1 4,50 0.36 0.00138 0.5 3360 ________________________________________ hal. 3/3
