heuristik sintesa proses - kelompok 7 fix

7/22/2019 Heuristik Sintesa Proses - Kelompok 7 Fix

1/34

HEURISTIK SINTESA PROSES

Mata Kuliah Perancangan Produk dan Proses Kimia

Dosen Pengam u ! Ir" Hargono MT"

Disusun oleh !

Kelom ok #

$" %agus U a&a Sa utra '$()($$$$)($(*

'" Dhuha Khairunnisa S '$()($$$$'(('$

)" Kartika D+i K '$()($$$$,($-.," Rahmi Hida&atuna/ah '$()($$$$)((-#

-" Ali0 Nurul A1i1ah '$()($$$$)((2,

*" Ri1k& Priam3odo '$()($$$$'(('2

#" Aslama Isnaeni '$()($$$$)($$-

." 4anang Set&a3udi '$()($$$$,($.$

2" 4untur Takana 5 '$()($$$$,($#'

$(" Daniel 6ohn& '$()($$$$)($'*

6URUSAN TEKNIK KIMIA 7AKU8TAS TEKNIK

UNI9ERSITAS DIPONE4ORO

'($)


2/34

HEURISTIK SINTESA PROSES

SASARAN

Bab ini kembali ke langkah preliminary sintesa proses pada bagian 3.4. dimanastrategi yang melibatkan pemilihan proses disarankan dengan urutan sebagai berikut :

1. Reaksi kimia (untuk menghilangkan perbedaan tipe molekuler)2. Pencampuran dan recycle (untuk distribusi bahan kimia)3. Pemisahan (untuk menghilangkan perbedaan komposisi)4. Perubahan suhu tekenan dan !ase". #ask integration (untuk menggabungkan suatu operasi men$adi unit proses)

%mumnya tim perancang menggunakan heuristik ketika memilih alternati! yangmenghasilkan pohon sintesa seperti yang ditun$ukkan &ambar 3.'. euristik mudahuntuk digunakan karena melibatkan suhu tekanan banyaknya bahan kimia yang e cedan lain*lain. +engan menggunakan proses ini sedikit analisa pada neraca bahansederhana dapat diselesaikan tanpa iterasi sebelum berlan$it ke langkah sintesaselan$utnya. ,ehingga beberapa !lo-sheet yang men$an$ikan muncul dengan cepatdengan usaha relati! sedikit. emudian seperti yang disebutkan pada bagian 3." titik berat dari shi!t tim perancang adalah perancanganbase-case design . /sumsi diperiksa!lo-sheet detail dipilih (contoh &ambar 3.1') dan neraca panas dan bahan yang lengkapterselesaikan sering $uga menggunakan simulasi proses seperti yang dibahas pada Bab

0adi heuristik yang digunakan oleh tim perancang untuk membuat pohaon sintessangat penting dalam perancangan proses. Bagian 3.4 memberikan pendahuluan tentangheuristik sedangkan sasaran bab ini untuk menggambarkan prinsip heuristik yandigunakan dalam perancangan proses.

,etelah mempela$ari bab dan heuristik pada #abel ".2 pembaca diharapkan :

1. emahami pentingnya pemilihan langkah reaksi yang tidak mengandung racunatau bahan kimia berbahaya dan apabila tidak dapat dihindari maka mengurankeberadaannya dengan memperpendek -aktu tinggal dalam unit proses danmenghindari penyimpanan dalam $umlah besar.


3/34

2. ampu mendistribusikan bahan kimia ketika memilih !lo-sheet proses yang berguna untuk menghitung keberadaan bahan inert membersihkan bahan yangakan men$adi konsentrasi yang tidak dapat diterima mencapai selekti itas tingg pada produk yang diinginkan dan menyelesaikan reaksi dan pemisahan padatangki yang sama (contoh distilasi reakti!).

3. ampu melakukan heuristik pada beberapa proses pemisahan untukmemisahkan cairan uap dan campuran uap*cairan.

4. ampu mendistribusikan bahan kimia dengan menggunakan reaktan e cessdiluent inert dan cold shot untuk memindahkan panas reaksi eksotermis.+istribusi ini dapat men$adi halangan utama dalam menghasilkan integrasi proses.

". emahami keuntungan pemompaan cairan daripada pengompresian uap dandapat mempersiapkan pemilihan pompa yang tidak mahal ketika re!rigerasi tidakdibutuhkan untuk memperoleh cairan.

PENDAHU8UAN

Pada bab heuristic sintesa proses penting untuk diketahui bah-a heuristic biasanya digunakan oleh tim perancang untuk mempercepat dalam menghasilkan!lo-s-heet alternati e dalam preliminary sintesa proses. emudian saat alternati emuncul atau setelahnya biasanya disusun neraca bahan dan energi dan bentuk ya berhubungan dengan analisa yang sering $uga menggunakan simulasi proses. eskipu bab ini mengacu pada heuristik perlu diingatkan untuk memperbaiki rancangan yandisarankan heuristik.

embali ke perancangan proses toluene hydrodealkilasi seperti pada bagian 4.3Pada bagian reactor setelah heuristik digunakan untuk menetapkan (1) e cess 2 yan besar dalam reaktor hydrodealkilasi (2) suhu gas yang masuk umpan*produk dan suhu dalam tangki !lash simulasi digunakan untuk melengkapi neraca bahan dan energdan untuk memeriksa e!ek dari heuristik pada per!orma bagian reaktor. Pada bagiandestilasi setelah heuristik digunakan untuk menetapkan (1) mutu dari umpan (2 penggunakan kondensor total atau parsial (3) penggunaan cooling -ater dalam kondesor


4/34

dan (4) perbandingan rasio re!luk dengan rasio re!luk minimum (R R min) simulasidigunakan untuk menentukan tekanan yang cocok dalam kolom untuk memperkiraka $umlah stage dan posisi umpan yang dimasukkan untuk memperkirakan rasio re!luk dayang paling penting untuk mengkomputasikan distilat dan produk dasar. ,imulasimemberikan cara yang sangat bagus untuk mempela$ari e!ek heuristik pada per!orm pemisahan.

,eringnya dua bagian pada pabrik digabungkan dan heuristik digunakan untukmenetapkan perbandingan purging dengan recycle. +isini simulasi menentukan alirarecycle dimana analisa yang dispesi!ikasi dengan menggunakan aturan heuristik

emudian simulasi menyediakan cara yang mudah untuk mempela$ari e!ek dari perbandingan perging dengan recycle pada per!orma proses.

,etelah melengkapi simulasi dari !lo-sheet atau kemungkinan setelah beker$adengan bagian reaktor atau separasi sa$a perancang dapat memperkirakancaptal cost danoperating cost dan dapat mengkomputasikan dan mengoptimalkan perhitungankeuntungan seperti yang dibahas pada bab '.11. 5ebih $auh simulasi digunakan oleengineer untuk mempela$ari e!ek dari pembuatan struktur !lo-sheet men$adi lebih keci(6ontoh untuk reco ery toluene dan biphenyl dari dasar menara distilasi pertama).

,eperti disebutkan diatas pada bab ini di!okuskan pada heuristik karena heuristiksangat penting dalam memilih struktur yang paling men$an$ikan pada bab ini diberikcontoh*contoh untuk menun$ukkan bagaimana menggunakan simulasi untuk membantmenge aluasi e!ek dan heuristik pada per!orma dari proses yang dirancang.

%AHAN %AKU DAN REAKSI KIMIA

Heuristik $! Memilih 3ahan 3aku dan reaksi kimia guna menghindari: atau

mengurangi enanganan dan en&im anan 3ahan kimia &ang

3eracun dan 3er3aha&a"

,eperti pembahasan pada bab 3 pemilihan bahan baku dan reaksi kimia seringdisarankan oleh ahli kimia ahli biologi ahli biokimia atau orang lain yang memil pengetahuan tentang kon ersi kimia. Pada tahun*tahun terakhir dengan meningkatnkesadaran akan kebutuhan untuk menghindari penggunaan bahan kimia beracun dan berbahaya dalam hubungannya dengan peraturan lingkungan dan keselamatan (seper


5/34

dibahas pada bab 1.3 dan 1.4) bahan baku dan reaksi kimiasering dipilih untukmelindungi lingkungan dan menghindari permasalahan keselamatan. ,ebagai contoh proses inyl chloride yang merupakan hasil reaksi dari acetylene dengan 6l ditolakkarena harga acetylene yang sangat tinggi. ,ekarang sebagai tambahan langkah reakini ditolak karena reakti!itas acetylene yang tinggi dan sulitnya memastikan operasi berlangsung aman dalam menghadapi gangguan yang tidak diinginkan.

+alam hubungannya dengan penanggulangan bahan kimia berbahaya kecelakaandi Bhopal 7ndia tahun 1'84 dimana air secara tidak senga$a tercampur dengan bahakti! intermediet methyl isocyanate perhatian dunia tertu$u pada kebutuhan mengura penanganan bahan intermediet yang sangat akti!. ,eperti yang dibahas dalam bagian 1.4dalam 1 $am kecelakaan uap dalam $umlah besar menyapu Bhopal mengakibatk

kematian hamper 2999 orang di sekitar pabrik %nion 6arbide. ecelakaan ini bersamaadengan penemuan air tanah terpolusi yang berdekatan dengan pabrik kimia khususny proses dengan bahan baker nuklir. al tersebut telah memba-a ahli keselamatan danlingkungan mengan$urkan pengurangan penggunaan bahan kimia berbahaya.

%ntuk alasan ini masyarakat membutuhkan proses baru yang dapat menghindaratau mengurangi dengan ta$am penggunaan bahan kimia berbahaya. ,ebagai contoh pad perusahaan ethylene glycol. thylene glycol dihasilkan biasanya melalui dua reaksi seri:

6 2 4 1 2;2 6 2 6 2 (R1)

; ; ;6 2 6 2 2; 6 2 6 2 (R2)

Reaksi pertama melibatkan oksidasi parsial ethylene dengan katalis /g*gause.arena kedua reaksi sangat eksotermis maka perlu dikontrol dengan hati*hati. +ari seg

keselamatan air yang tumpah ke dalam tangki penyimpanan ethylene o id dapamenyebabkan kecelakaan serupa seperti pada ke$adian Bhopal. ,ekarang dalam prosedengan dua langkah reaksi sering dilakukan penyimpanan bahan intermediet sehingga

O


6/34

memungkinkan produk untuk dihasilkan secara kontinyu meskipun ketika operasi rea pertama dimatikan.

+ikarenakan kebutuhan masyarakat (atau masalah perancangan primiti e) untukmengurangi penyimpanan intermediet akti! dalam $umlah besar seperti ethylene o idempat alternati! konsep proses (atau permasalahan spesi!ik) men$adi mungkin:

1. enghilangkan tangki penyimpanan menyebabkan gangguan yang berselangseling dalam produksi ethylene glycol ketika reaksi oksidasi dimatikan.

2. enggunakan clorine dan causatic yang lebih mahal (dibandingkan oksigen dariudara) dalam reaksi tunggal:

; ; 6 2 6 2 6l2 2


7/34

DISTRI%USI %AHAN KIMIA

Heuristik ' ! 4unakan salah satu reaktan ekses dalam o erasi reaksi untuk

menghilangkan 3ahan kimia 3eracun atau 3er3aha&a dengan

sem urna"

,etelah operasi reaksi dipilih dalam !lo-sheet proses sumber bahan kimia (yaitualiran umpan dan e!luen reaktor) didistribusikan di antara keluaran bahan kimia (yaitualiran umpan menu$u operasi reaksi dan produk dari proses). Pada distribusi inidiputuskan tentang (1) penggunaan satu reaktan kimia yang ekses dalam operasi reaksi(2) penanganan senya-a inert yang masuk dalam aliran umpan (3) penanganan produkyang tidak diinginkan yang muncul dalam reaksi samping. ,ebagai contoh seperti yangtelah kita lihat pada gambar 3." satu distribusi bahan kimia untuk proses inyl chloride

melibatkan ethylene dan chlorine dalam $umlah yang stoikiometri yang diumpankan padreaktor direct chlorination. ,ebagai alternati! ethylene yang ekses dapat digunakanseperti ditun$ukkan pada gambar ".1. pada distribusi ini reaktor dirancang untumenghilangkan chlorine yang berbahaya dan beracun dengan sempurna tetapi diperlukasuatu reco ery ethylene yang tidak bereaksi dalam produk dichloroethane.sehingga $ela bah-a yang penting untuk dipertimbangkan adalah perbandingan ethylene chlorine.

4am3ar -"$ Distri3usi Kimia untuk Produksi 9inil Khlorida Menggunakan Eth&len E;cess

al tersebut mengacu pada biaya separasi dan resirkulasi dan sering men$adi pertimbangan utama dalam proses ekonomi. Pada banyak strategi perancangan


8/34

perbandingan ini ditetapkan menggunakan heuristik dengan rasio yang lebih besar untumemastikan bahan kimia berbahaya habis dikonsumsi. ,ebagai pengembangan base*casedesign perbandingan di ariasi secara sistematik biasanya menggunakan prossimulator.

,ebagai catatan untuk reaksi eksotermis bahan kimia ekses sering ber!ungsiuntuk menyerap panas reaksi dan men$aga agar suhunya tidak berubah secara ekstrim

al ini merupakan pendekatan yang penting untuk menangani panas reaksi yang tinggikses pada salah satu bahan kimia $uga digunakan untuk meningkatkan kon ersi dar

reaktan lain (pembatas) ketika reaksi dibatasi oleh keseimbangan. Reaksi samping $ugdapat diminimalkan dengan penggunaan salah satu reaktan ekses.

SEN5A


9/34

/liran umpan yang tidak murni sering mengandung senya-a inert dalam $umlah besar pada operasi reaksi kimia. etika dibutuhkan produk yang hampir murni pentinuntuk diputuskan apakah impuritas harus dihilangkan sebelum atau sesudah operasireaksi. ,ebagai contoh dengan menggunakan !lo-sheet gambar ".2a dimana dua operasireaksi dipilih. /liran umpan yang tidak murni dari reaktan 6 mengandung inert +sehingga perlu diputuskan apakah akan menghilangkan + sebelum atau sesudah reaksitahap kedua seperti yang ditun$ukkan dalam gambar ".2b dan ".2c. $elas bah-a penghilangan dan biaya separasi yaitu + dari 6 dan + dari (ditambah / dan 6 yangtidak bereaksi) harus diperkirakan.

al ini dapat dilakukan dengan memeriksa si!at !isis dimana separasi ter$adi.,ebagai contoh ketika mempertimbangkan alat distilasi perkirakan olatilitas relati!ny

%ntuk campuran ideal olatilitas relati!ij merupakan perbandingan tekanan uap

( s j siij P P = ). %ntuk campuran non ideal diperlukan koe!isien akti itas ( s

j j s

iiij P P = ). etika olatilitsa relati! $auh lebih besar ataupun lebih kecil dari satu

separasi yang mudah dan tidak mahal telah diantisipasi. +emikian $uga ketikamempertimbangkan kristalisasi perbedaan titik beku diteliti untuk separasi membrayang pekat permeabilitas dari senya-a murni diperkirakan dari hasil kelarutan dalammembran dan di!usi itas molekuler. Pertimbangan lain adalah ukuran reaktor danseparator reaktor yang lebih besar digunakan $ika separasi ditunda. 0ika reaksinyeksotermis senya-a inert menyerap se$umlah panas yang dihasilkan sehinggmenurunkan suhu keluaran reaktor.

=ontoh -"$

%ntuk men$alankan 6lean /ir /ct 1''9 gasoline harus mempunyai kandunganatom oksigen minimal 2 9 = mol. >ang paling sering digunakan sebagai sumber oksigen

adalah methyl tertiary*butyl eter ( #B ) yang dihasilkan dari reaksi MTBE buteneisoOH CH +3

diinginkan untuk membangun pabrik #B pada kilang minyak yang terletak pada &ul6oast #e as. ethanol dibeli dan iso*butene tersedia dalam aliran mi ed*64 yangmengandung


10/34

1*Buteneiso*butene1 3*Butadiene

2?2@4?

,elama proses sintesa dalam distribusi bahan kimia pertanyaan kuncinya adalahapakah lebih baik memindahkan 1*butene dan 1 3*butadiene sebelum atau sesudaoperasi reaksi. Pada contoh ini dipilih distilasi meskipun metode separasi lain biasan $uga dihitung dengan cara yang sama.

Pen&elesaian

6ampuran hidrokarbon ini sedikit tidak ideal karena itu diperlukan pemeriksaan titikdidih senya-a murni atau lebih baik disertai tekanan uapnya. asil ini dapat ditabelkandan digra!ikkan sebagai !ungsi suhu dengan menggunakan simulator : sebagai contohkur a berikut diperoleh dari /,P < P5%, (dan dapat dihasilkan kembali denganmenggunakan A/ 4*1. B P !ile pada 6+*R; ):

dengan memperhatikan #B olatilitas relati! s MTBE s P P = pada 299o adalah " 13

(1*butene) 4 '@ (1 3*butadiene) dan 4 94 (iso*butene). 0elas bah-a olatilitas rel butene dan 1 3*butadiene sangat dekat tetapi masing*masing mempunyai perbedaan ysigni!ikan dibanding iso*butene. Pada basis ini dua komponen tersebut dapat dipisahk


11/34

dengan distilasi sebelum atau sesudah reaksi. Pertimbangan lain misalnya pengaruh padkatalis olume reaktor dan menara distilasi dan suhu dalam reaktor eksotermis hadihitung dalam membuat keputusan.

=ontoh -"' Memilih O erasi reaksi keseim3angan

isalkan pada reaksi dan operasi distilasi untuk isomerisasi n*butane men$adi iso* butane menurut reaksi

194194 H C i H CH n

umpan masuk proses adalah aliran re!inery yang mengandung 29 =mol iso*butene.#un$ukkan alternati! untuk memilih reaksi dan operasi distilasi.

Pen&elesaian

,eperti yang ditun$ukkan pada diagram operasi manapun dapat ditempatkanterlebih dahulu. +engan memilih kolom distilasi terlebih dahulu umpan yang mendekatmurni masuk operasi reaksi akan memberikan kon ersi iso*butane yang lebih tinggi.

PUR4E STREAM

Heuristik , ! 4unakan urge stream untuk mem3uang sen&a+a &ang akan masuk

roses se3agai im uritas dalam um an: atau ter3entuk dalam reaksi

sam ing &ang irre?ersi3le: ketika sen&a+a ini ada dalam /umlah &ang

sangat kecil dan@atau sulit untuk di isahkan dari 3ahan lain"

,enya-a yang sangat sedikit ini sering disebut sebagai impuritas dalam aliranumpan atau terbentuk reaksi samping yang menimbulkan permasalahan khusus ketik


12/34

bahan kimia terdistribusi dalam !lo-sheet. +alam proses kontinyu maka akanterakumulasi secara kontinyu kecuali disiapkan pembuangannya baik melalui reaksseparasi atau melalui purge stream. arena reaksi atau separasi suatu senya-a dengankonsentrasi rendah biasanya mahal purge stream digunakan $ika senya-a tersebut tida beracun dan sedikit dampaknya terhadap lingkungan. Purge stream biasanya $ugadigunakan untuk memindahkan senya-a yang terdapat dalam $umlah besar pemisahannya dari bahan kimia lain sulit dilakukan.

,ebagai contoh distribusi bahan kimia dalam proses ammonia (

322 23 NH H N + ) pada gambar ".3. sedikit argon yang terikut dalam nitrogen yang

direco ery dari udara dan sedikit methane yang terikut dalam hidrogen yang dihasilk

dalam steam re!orming ( CO H O H CH ++ 224 3 ).

4am3ar -") 8oo Reaktor Ammonia

,etelah re!orming carbon mono ide dan methane yang tidak bereaksi dan steamdireco ery dan menyisakan sedikit methane. eskipun nitrogen dan hidrogendireaksikan pada tekanan tinggi 299 atm kon ersinya tetap rendah (sekitar 29 =moldan nitrogen dan hidrogen yang tidak bereaksi dalam $umlah besar diresirkulasi. Pad

purge stream terdapat buangan untuk argon dan methane yang $uga diperuntukkan bagkonsentrasi yang tidak diinginkan dalam pipa reaktor dengan packing katalis platinum&as yang ringan dari tangki !lash terbagi men$adi aliran purging dan recycle denga

ariabel penentu yaitu perbandingan purging recycle. ,aat perbandingan purging recyc


13/34

meningkat kehilangan nitrogen dan hidrogen meningkat yang disertai dengan penurun produksi ammonia. al ini seimbang dengan penurunan kecepatan resirkulasi.

Pada proses sintesis stage sebelumnya perbandingan purging ditetapkan denganmenggunakan heuristik. +an sekarang dapat di ariasikan dengan simulasi proses untukmenentukan pengaruhnya pada kecepatan resirkulasi dan ukuran alat. emudian dapadiubah*ubah $uga dengan simulasi proses untuk mengoptimalkan return on in estmuntuk proses tersebut.

=ontoh -") Proses Purging Amonia

Pada contoh ini loop reaktor ammonia dalam gambar ".3 disimulasimenggunakan /,P < P5%, untuk mengetahui e!ek dari perbandingan purging dan

recycle pada purge stream dan loop recycle. %ntuk !lo-sheet /,P < P5%, di ba-ahdibuat spesi!ikasi sebagai berikut:

Unit Simulasi Su3routine T o7B P atmBR1

1R C%75

5/, 2'32*28

29913@ 3

+an 6hao*,eader option set dipilih untuk memperkirakan si!at termo!isika.,ebagai catatan bah-a R C%75 menghitung kesetimbangan kimia pada suhu dantekanan tertentu.

%mpan gabungan pada ??o dan 299 atm terdiri dari5bmole $am raksi ole


14/34

Pen&elesaian

Beberapa ariabel ditabelkan sebagai !ungsi perbandingan purging recycle.Perbandingan purging recycle

ecepatan produk (lbmol $am)

ecepatanrecycle(lbmol $am)

ecepatan purging(lbmol $am)

raksi mol purging /r

raksi mol purging6 4

9 19 989 9@9 94

9 92

3' 249 ?"42 444 3

4" 8

1'1 929' 3233 '2?3 "

49" @

1' 11@ ?14 919 '

8 1

9 9289 9339 9499 9"3

9 9?2

9 9"29 9@99 9?49 9'3

9 133

Pada semua kasus !raksi mol /r dan 64 pada purging lebih besar daripada umpan. ,aat perbandingan purging recycle berkurang e!luen uap dari tangki !lash men$adi lebih kasenya-a inert dan sedikit 2 dan


15/34

$uga olume reaktor. 6apital cost dan operating cost dapat diperkirakan dan perhitungakeuntungan dapat dioptimalkan sebagai !ungsi perbandingan purging recycle.

Heuristik -! 6angan mem urging sen&a+a &ang 3erharga@3eracun dan 3er3aha&a:

+alau un dalam konsentrasi kecil" Tam3ahkan se arator untuk

reco?er& sen&a+a &ang 3erharga" Tam3ahkan reaktor untuk

menghilangkan sen&a+a &ang 3eracun dan 3er3aha&a"

Pada beberapa keadaan trace species dari -aste stream merupakan alternati! penting untuk purging. al ini tentu sa$a ter$adi pada kasus dalam aDueous stream yanmengandung trace species dari logam langka yang dapat timbul ketika katalisdimasukkan dalam ceramic support.

Pada situasi lain sebagai contoh dalam penanganan aDueous -aste*peraturanlingkungan untuk trace Duantity yaitu bahan kimia organik dan anorganik harudireco ery dan dikon ersi dalam bentuk yang dapat diterima lingkungan. ,atu prosesuntuk mengolah aDueous stream di sekitar tangki yang bocor adalah supercriticaloxidation dengan menggunakan gelombang akustik laser untuk menghasilkan plasma.

Pada proses ini -aste species Etermasuk chlorinated hydrocarbon pestisida !en(contohnya p*nitrophenol) dan esterF dioksidasi pada suhu dan tekanan terkait denga

supercritical water ( ua et.al 1''"a 1''"b). 6ontoh lain yang melibatkan kon ersikatalis dari hidrokarbon dan carbonmono yde dalam gas keluaran dari mesin pembakarainternal digambarkan pada gambar ".4. Pada purging gas keluaran mesin pembakarankon ersi katalitik biasanya mengarah pada pembentukan 6; dan


16/34

4am3ar -", Pem3akaran Keluar Kon?ersi Katalitik

RE=5=8E TO ECTIN=TION

Heuristik *! Produk sam ing ada reaksi re?ersi3el dalam /umlah sedikit 3iasan&a

tidak direco?er& dalam se arator atau urging: akan teta i di recycle

to extinction "

,eringkali terdapat sedikit bahan kimia yang dihasilkan dalam reaksi sampingseperti reaksi benGene untuk membentuk biphenyl dalam proses hidrodealkilasi toluene.

etika reaksi ter$adi secara re ersibel memungkinkan untuk memperolehkeseimbangan pada steady state dengan recycle senya-a produk tanpa memindahkannyadari proses. ,ehingga sering dikatakan bah-a produk samping yang tidak diinginkan di*recycle to extinction .=ontoh -", Produksi Re?ersi3el 3i hen&l

6ontoh ini menun$ukkan simulasi proses hidrodealkilasi toluene yang lengkap pada akhir bagian 4.3 dan ditampilkan tanpa solusi karena merupakan dasar latihan ".4

%ntuk recycle biphenyl men$adi hilang !lo-sheet gambar 4.29 dimodi!ikasi untukmenghilangkan kolom distilasi terakhir dan toluene yang tidak bereaksi dar kolom keduadirecycle dengan biphenyl. al ini dilakukan pada reaksi re ersibel.

2 6@ @ H 6 12 19 2


17/34

,ebagai catatan reaksi di atas menghilangkan satu dari dua -aste stream dalam poses.>ang kehilangan 2 dalam $umlah banyak adalah aliran purging gas untukmenghindarinya penggunaan membran adsorpsi separator harus dipertimbangkan.

SE8EKTI9ITAS

Heuristik #! Untuk reaksi &ang 3ersusun: 3aik seri mau un aralel: atur suhu:

tekanan: dan katalis untuk mem eroleh &ield &ang tinggi dari roduk

&ang diinginkan" Pada distri3usi 3ahan kimia: mula mula asumsikan

kondisi da at di enuhi" Se3elum mengem3angkan base-case design:

cari data kinetik dan eriksa asumsi terse3ut"

inetika reaksi kimia bersusun dalam pembentukan bahan kimia yang diinginkankondisi reaksi harus ditetapkan dengan hati*hati untuk memperoleh distribusi bahankimia yang diinginkan.

6ontohnya reaksi seri paralel dan seri*paralel pada gambar "." dimana senyaB merupakan produk yang diinginkan untuk sistem reaksi ini dan reaksi se$enis. aka penting untuk mempertimbangkan suhu tekanan dan perbandingan umpan dan -akttinggal ketika mendistribusikan bahan kimia.

,atu contoh reaksi seri*paralel ter$adi dalam perusahaan allyl chloride. ,istemreaksi ini melibatkan 3 susunan reaksi orde 2 eksotermis ditun$ukkan dengan gamba4."d dengan panas reaksi IR energi akti asi dan !aktor preeksponensial ko dalatabel ".1. ,ebagai catatan karena 1 2J1 kon ersi allyl chloride lebih besar pada suhuintermediet.


18/34

4am3ar -"- Kom etisi Reaksi aB Reaksi Seri 3B reaksi Paralel cB Reaksi Seri Paralel dB Reaksi

Eksotermis All&lkhlorida

#abel ".1. Panas Reaksi dan onstanta inetik untuk Proses /lyl 6hloride(Biegler and ughes 1'83)

Reaksi I R (Btu lbmol)

koElbmol(hr.!t3.atm2)F

R (9R)

123

*4 899*?' 299*'1 899

29@ 99911.?4.@ 198

13 @993 43921 399

=ontoh -"- Selekti?itas Reaksi All&l =hloride

%ntuk mendemonstrasikan keuntungan men$alankan reaktor pada suhu intermediettampilkan konstanta kecepatan reaksi untuk tiga reaksi bersusun pada suhu intermediet.

Pen&elesaian

,eperti yang ditun$ukkan pada gra!ik berikut kecepatan reaksi yang diinginkanyaitu reaksi 1 mempunyai hubungan paling besar dengan kecepatan dua reaksi lain padasuhu intermediet.


19/34

,eringkali selekti itas yang diinginkan tidak tercapai dengan hanya mengatursuhu dan tekanan reaksi. Pada kasus ini katalis memegang peranan penting. /hli kimia biologi dan sar$ana #eknik imia beker$a untuk merancang katalis yang dapat membureaksi yang diinginkan ber$alan lebih cepat pada suhu yang lebih rendah selamamenurunkan kecepatan reaksi samping.

%ntuk tu$uan ini beberapa operasi reaksi menggunakan Geolit kristalin yamerupakan katalis shape-selecti e yang e!ekti!. atalis lain yang digunakan termasuklogam sebagai contoh adalah platinum palladium dan rhodium. 0elas bah-a ketik

mendistribusikan bahan kimia dalam proses sintesa penting untuk memahami hubungankecepatan dari reaksi bersusun.

SEPARASI REAKTI7

Heuristik .! Untuk reaksi re?ersi3le ada khususn&a: ertim3angkan untuk

melakukann&a di dalam eralatan se arasi &ang mam u

memindahkan roduk: akan teta i teta men/alankan reaksi ke

kanan" %e3era a o erasi reaksi se arasi mengacu ada distri3usi3ahan 3ahan kimia &ang sangat 3er3eda"

5angkah terakhir dalam sintesa proses yang dian$urkan dalam bagian 3.4 adalah#ask 7ntegration yaitu gabungan dari operasi men$adi unit proses. +alam sintesa proseyang disarankan di sana operasi reaksi dipilih dahulu bahan kimia didistribusika


20/34

(seperti yang dibahas di bagian sebelum ini) dan operasi separasi dipilih diikuti dengoperasi perubahan suhu tekanan dan !ase sebelum dilakukan task integration.

Pada beberapa kasus strategi di atas tidak menu$u pada kombinasi yang e!ektidari operasi reaksi dan separasi sebagai contoh adalah menara distilasi reakti! menaabsorpsi reakti! dan membran reakti!. ,ebagai alternati! ketika keuntungan darmenggabungkan 2 operasi ini diteliti oleh tim perancang kombinasi operasi reaksiseparasi diletakkan di !lo-sheet sebelum distribusi bahan kimia dengan pengembangansegi ekonomi dalam rancangan.

Reaktor distilasi biasa digunakan ketika reaksi kimia re ersibel contohnya:a/ bB H c6 d+

dan ada perbedaan relati! olatilitas yang signi!ikan dari bahan*bahan kimia pada kondi

suhu dan tekanan yang tepat untuk reaksi.euntungan dari reaktor distilasi seperti ditun$ukkan dalam pembuatan methy

acetatee; ;/c H e;/c 2;

Pada gambar 4.@ produk dikeluarkan dari seksi reaksi dalam aliran uap dan cairasehingga reaksi ber$alan ma$u tanpa reaktan e cess mengubah tekanan. arena methanlebih olatil dari asam asetat maka dimasukkan dari dasar Gona reaksi dimana metha berubah men$adi !ase uap dan bersentuhan dengan asam asetat yang dimasukkan dar puncak Gona reaksi dan berubah men$adi!ase cair. ,aat methyl acetate men$adi !ase caidipindahkan dari menara melalui aliran dasar yang nyaris murni.

4am3ar -"* Distilasi Reakti0 untuk Mem roduksi Meth&l Asetat


21/34

,ebagai ringkasan ketika keuntungan dari opoerasi gabungan (termasuk reaksire ersibel dan distilasi) $elas untuk tim perancang operasi dapat dimasukkan ke dala!lo-sheet sebelum distribusi bahan kimia dalam sintesa proses. al ini merupakan prosedur perancangan heuristik yang dapat mempermudah tahap sintesa dan memba-a pada rancangan yang lebih menguntungkan.

SEPARASI

Heuristik 2 ! Pisahkan cam uran cairan menggunakan menara

destilasi: stri ing to+er: enhanced destillation

ekstrakti0: a1eotro ik: reakti0B: ekstraksi cair cair:

kristali1er dan@atau adsor3er"

Heuristik $( Atur untuk mengkondensasikan cam uran ua dengan

menggunakan cooling +ater" 8alu gunakan Heuristik 2"

Heuristik $$ Pisahkan cam uran ua dengan menggunakan kondenser

arsial: cr&ogenic destillation: menara a3sor si: adsor3er:

dan@atau alat mem3ran"

Proses pemisahan tergantung pada !ase aliran yang akan dipisahkan dan si!at !isisdari senya-a kimia tersebut. /liran cairan dan uap dipisahkan dengan menggunakancara*cara yang disarankan oleh +ouglas (1'88) pada bukunyaConceptual !esign o"Che#ical Processes .

etika produk reaksi mempunyai !ase cair +ouglas menyarankan untukmengikutsertakan sistempemisahan cairan pada !lo-sheet seperti ditun$ukkan padagambar ".?. ,ystem pemisahan cairan melibatkan satu atau lebih separator berikut :menara destilasi dan enhanced destillation stripping to-er ekstraktor cair*cair ddengan senya-a kimia yang tidak bereaksi berubah !ase men$adi cair dan di*recyclekembali ke proses reaksi.

!

!


22/34

4am3ar -"# 7lo+sheet untuk Memisahkan Aliran Keluar Reaktor =airan

%ntuk produk reaksi yang ber!ase uap +ouglas menyarankan agarmengkonensasikan secara parsial uap tersebut dengan menggunakan cooling -ater ataure!rigerant. 6ooling -ater dapat mendinginkan produk reaksi hingga suhu 3"o6 seperti

yang ditun$ukkan pada gambar ".8. #u$uannya untuk mengubah !ase men$adi cair yalebih mudah dipisahkan tanpa menggunakan re!rigerasi yang melibatkan tahap kompreyang mahal. etika ter$adi kondensasi parsial system pemisahan cairan diikutsertakadengan ditambahkan cairan buangan apabila diperlukan untuk menghilangkan senya-ainert sisa yang terdapat pada cairan dan belum bisa dipisahkan. ase uap dialirkan kesystem reco ery uap yang melibatkan satu atau lebih $enis pemisahan berikut kondensasi parsial cryogenic destillation absorpsi adsorpsi separasi membran

Produk uap di*reco ery dan senya-a inert yang ringan dibuang. Produk cair yangdihasilkan pada system pemisahan uap dialirkan ke system reco ery cairan digunakanuntuk reco ery produk dan recycle dari senya-a yang tidak bereaksi.


23/34

4am3ar -". 7lo+sheet untuk Memisahkan Aliran Keluar Reaktor Ua

/pabila keluaran reactor telah terdistribusi oleh !ase cair dan !ase uap +ouglasmengkombinasikan dua !lo-sheet seperti pada gambar ".'. arus dipahami bah-a pengembangan system separasi untuk ketiga !lo-sheet melibatkan beberapa heuristik.

Pertama alat separasi tertentu seperti separator membran tidak disarankan unt pemisahan. edua untuk mencapai kondensasi parsial cooling -ater digunakan lebia-al daripada kompresi dan re!rigerasi. +alam hal ini diperkirakan bah-a pemisahancairan lebih disukai. ,ebuah usaha dilakukan untuk mengkondensasi produk yang berupauap secara parsial tetapi tidak ada usaha yang dilakukan untuk menguapkan produk yan berupa cairan.

4am3ar -"2 7lo+sheet untuk Memisahkan Aliran Keluar Reaktor Ua @ =airan

,elama heuristik ini dan yang lainnya berdasarkan pada pertimbangan pengalaman dan biasanya mengacu pada desain yang menguntungkan desainer perlmengenali batasan*batasan mereka dan berhati*hati pada situasi dimana mereka mengac pada desain suboptimal. 5ebih $auh untuk pemisahan aliran multikomponen meto!ormal telah dikembangkan untuk mensintesa proses separasi yang melibatkan uap dan

cairan. al ini akan dibahas pada bab selan$utnya.

Pemisahan &ang Meli3atkan Partikel Padat

%ntuk aliran yang melibatkan !ase padatan atau senya-a yang mengkristal ataumengendap pertimmbangan tambahan diperlukan ketika memilih system separasi. etik


24/34

memisahkan bahan anorganik terutama dalam larutan aDueous aliran seringnydidinginkan atau die aporasi secara parsial untuk mendapatkan kembali padatan melalukristalisasi. ,eringnya slurry dipekatkan dengan pengendapan centri!ugasi atau !iltrassebelum dikeringkan. Peralatan lain untuk mendapatkan kembali padatan adalah cyclonehydroclone dan electrostatic precipitator.

ristalisasi ter$adi dalam tiga mode yang berbeda kristalisasi solusi aplliesterutama untuk bahan kimia anorganik yang cristalliGed dari pelarut biasanya air dengsuhu operasi $auh di ba-ah titik leleh kristal. Presipitasi adalah solusi kristalisasi cepatyang menghasilkan se$umlah besar kristal yang sangat kecil. 7ni biasanya mengacu padkasus di mana satu pproduct dua solusi bereaksi adalah solid kelarutan yang rendahmisalnya pengendapan perak klorida larut ketika larutan perak nitrat dan natrium klorid

dicampur bersama*sama. +alam kristalisasi meleleh dua atau lebih bahan kimia titileleh sebanding dipisahkan pada suhu operasi pada kisaran titik meltiing. 6ontoh darimode ini kristalisasi adalah produksi -a!er silikon murni dari lelehan yang terdiri dari,i; 2. ristalisasi mampu memproduksi bahan kimia yang sangat murni ketika dilakukansesuai dengan heuristik berikut tidak ada bah-a pemulihan oleh suatu cara kristalisasmaay dibatasi oleh komponen eutektik.Heuristik $' ! Mengkristal kimia anorganik dari larutan 3erair consentrated

dengan dingin ketika kelarutan menurun secara signi0ikan dengan

enurunan suhu" 6auhkan larutan aling $ sam ai ' o7 3a+ah

suhu /enuh ada konsentrasi &ang 3erlaku" 4unakan kristalisasi

dengan engua andari ada endinginan ketika kelarutan tidak

3eru3ah secara signi0ikan dengan suhu"

Heuristik $) ! Tingkat ertum3uhan kristal kurang le3ih sama dalam segala arah:

ta i tidak ernah kristal 3ola" Tingkat ertum3uhan kristal dan

ukuran dikendalikan dengan mem3atasi tingkat /enuh

SF=@=saturas dimana ! =F konsentrasi 3iasan&a antara

$"('GSG$"(-" Tingkat ertum3uhan sangat di engaruhi oleh

adan&a kotoran dan aditi0 khusus tertentu &ang 3er?ariasi dari

kasus ke kasus"


25/34

Heuristik $, ! Pemisahan sen&a+a organik oleh kristalisasi leleh dengan

endinginan menggunakan kristalisasi sus ensi diikuti dengan

enghilangan kristal oleh settling: 0iltrasi: atau sentri0ugasi"

Alternati0 lain: menggunakan la&er kristalisasi ada ermukaan

endingin dengan scra ing atau elelehan untuk menghioangkan

kristal" 6ika dilelehkan men/adi 3entuk solusi adat termasuk

eutektik menggunakan engulangan elelehan dan langkah

em3ekuan dise3ut kristalisasi leleh 0raksional atau 1ona elelehan"

Heuristik $- ! Menggunakan 3e3era a e?a orator dengan kon0igurasi seri: anas

laten engua an air da at di olah dan digunakan kem3ali" Dengan

e?a orator tunggal: rasio /umlah air &ang mengua di3andingkan

dengan steam &ang harus ditam3ahkan adalah (:." Ketika e?a orasi

dua e0ek rasio men/adi $:*: Ketika e?a orasi tiga e0ek '",: dan

se3again&a" %esarn&a titik didih ele?asi &ang dise3a3kan oleh

sen&a+a anorganik terlarut adalah 0aktor engendali dalam memilih

/umlah e0ek o timal" Ele?asi &ang ter/adi rentang ) sam ai $( o7

antara larutan dan air murni titik didih" Ketika kenaikan titik didih

kecil: 3ia&a engua an minimum di eroleh dengan . hingga $( e0ek"

Ketika titik didih meningkat 3erarti: /umlah o timal e0ek kecil: *

atau kurang dari *" %isa meningkatkan tekanan steam interstage

dengan ua /et atau mekanis kom resor"

Heuristik $* ! Ketika menggunakan multi le e00ect: cairan dan ua mengalir

dengan arah &ang sama atau 3er3eda" Ketika menggunakan

0or+ard 0eed: dimana cairan dan ua mengalir ada arah &ang

sama" Untuk /umlah e00ect &ang le3ih sedikit: utaman&a ada

um an cairan anas" Ketika dengan 3ack+ard 0eed: dimana cairan

mengalir ada arah 3erla+anan dengan aliran ua : untuk um an

dingin dan atau /umlah e0ek le3ih 3an&ak" Dengan menggunakan


26/34

0or+ard 0eed: hasil cairan tengah tidak mem3utuhkan om a:

sedangkan 3ack+ard 0eed mem3utuhkan om a .

ristalisasi dari cairan memghasilkan kristal sluryy dan mother liDuor dimanasebagian dipisahkan dengan cara !iltrasi atau sentri!ugasi men$adi -et cake dan motherliDuor. iltrasi menggunakan medium !ilter atau porpus cloth atau logam dilakukandiba-ah gra itasi akum atau bertekanan. ,entri!ugasi bisa menggunakan solid bo-latau porous bo-l dengan medium !ilter. aktor peting dari pemilihan alat meliputimoisture content dari cake $umlah padatan dari mother liDuor !ragilitas dari kristukuran partikel kristal kebutuhan akan pencucian dari kristal untuk memindahkanmother liDuor dengan air bersih. +an arus !iltrasi. /rus !iltrasi paling baik ditentukan

oleh $umlah arus dari ketebalan cake menaikkan penggunaan u$i acuum lea! !ilter skalaboratorium yang lebih kecil seperti kriteria berikut: kecepatan cepat 9 1 sampai 19cm sK medium 9 1 sampai 19 cm.menitK kecepatan lambat 9.1 sampai 19 cm $am.Heuristik $# ! Ketika Kristal mudah ecah: encucian e0ekti0 di3utuhkan dan clear

mother li uor diinginkan: menggunakan ! gra?itasi: 7iltrasi dengan

hori1ontal an um an atas digunakan untuk slurr& &ang di0iliter

ada kece atan tinggi 7iltrasi dengan rotar& drum ?akum

digunakan untuk slurr& &ang di0ilter ada kece atan sedang dan

7iltrasi dengan Tekanan untuk slurr& &ang di0ilter ada kece atan

rendah"

Heuristik $. ! Ketika adatan ada kelem3a an rendah di3utuhkan:

menggunakan ! sentri0ugasi dengan solid 3o+l /ika adatan

dimasukkan dalam mother li uor 0iltrasi sentri0ugal digunakan

/ika encucian e0ektik di3utuhkan"

Padatan basah dari !iltrasi arau sentri!ugasi dimasukkan ke dalam pengering untukmenghilangkan kelembapan yang tersisa. Banyaknya $enis pengering komersial dapadigunakan sesuai $enis umpannya dimana umpan yang dimasukkan tidak hany berbentuk padatan basah tetapi $uga adonan slab !ilm slurry dan cairan. Panas un pengeringan dapat berasal dari gas panas yang berkontak secara tidak langsung dengan


27/34

umpan basah atau mungkin didapat secara tidak langsung melalui dinding. Berdasarkaketabalan umpan dan dera$at aditasinya -aktu pengeringan dapat berlangsung dari detisampai $am. Berikut ini heuristic yang berguna untuk pemilihan preliminary peralatan pengeringan :Heuristik $2 ! Untuk material 3er3entuk granular: aliran 3e3as ata& tidak: ukuran

artikel dari ) sam ai $-mm: menggunakan tra& continue dan 3elt

dr&ers dengan anas langsung" Untuk aliran 3e3as adatan

3er3entuk granula tidak sensiti0 dengan anas: menggunakan

inclined rotar& c&lindrical dr&er: dimana anas disu la& langsung

dari gas anas atau tidak langsung mele+ati tu3e: carr&ing steam:

dio erasikan ada dr&er an/ang dan diletakkan ada satu atau dua

concentric ring dan ditem atkan han&a didalam dari dr&er rotating

shell" Untuk ukuran kecil: artikel dengan aliran 3e3as ukuran $

sam ai ) mm: ketika engeringan ce at memungkinkan:

menggunakan neumatic con?e&ing dr&er dengan anas langsung"

Untuk ukuran artikel sangat kecil dengan aliran langsung kurang

dari $mm: menggunakan 0ludi1ed 3ed dr&er dengan anas langsung"

Heuristik '( ! Untuk asta dan slurr& dari 0ine solid: menggunakan drum dr&er

dengan anas tidak langsung" Untuk cairan dan slurr& &ang mudah

ter om akan: menggunakan s ra& dr&er dengan anas langsung"

PERPINDAHAN PANAS DARI REAKTOR DAN KE REAKTOR

,etelah menetukan operasi separasi tahap selan$utnya dalam sintesa proses yangdisarankan dalam Bagian 3.4. adalah memasukkan perubahan suhu tekanan dan !a pada operasi. %ntuk melakukannya beberapa algoritma untuk integrasi panas dan tenatelah dikembangkan (disa$ikan di Bab 19). #u$uan bab ini adalah untukmempertimbangakn beberapa pendekatan untuk memudahkan panas yang dihasilkandalam reaksi eksotermis dan untuk menambahkan panas yang dibutuhkan oleh reaksiendotermis.


28/34

Per indahan Panas dari Reaktor Eksotermis

Pada reaksi eksotermis tahap pertama yang penting adalah mengkom*putasikasuhu reaksi adiabatis yaitu suhu maksimal yang dapat dicapai dengan adanya trans! panas.=ontoh -"*" Suhu Reaksi Adia3atis

Perhatikan reaksi carbon mono ide dan hidrogen untuk membentuk methanol :6; 2 2 6 3;

+engan reaktan masuk pada stoikiometri pada 2"o6 dan 1 atm hitung panas reaksistandar dan suhu reaksi adiabatis.

Pen&elesaian

+alam /,P < P5%, subroutine R,#;76 digunakan dengan aliran umpan yangmengandung 1 lbmol $am 2 dan metode P,R (persamaan ,Da e L Redlich L -ongyang ditetapkan dengan pencampuran aturan olderbaum L &mehling). %ntukmemperoleh panas reaksi kon ersi !raksional 6; ditetapkan sama dengan suhu aliran produk pada 2"o6 dan !raksi uap pada 1.9. /khirnya produk methanol dalam !ase uap pada 2 44 psia dan reaktan maupun produk adalah uap. Beban panas dikomputasikadengan R,#;76 adalah L38 881 Btu $am dan panas reaksi adalah MR N *38 881Btu lbmol 6;.

%ntuk memperoleh suhu reaksi adiabatis untuk kon ersi lengkap beban panaditetapkan pada nol dan tekanan aliran produk methanol dikembalikan ke 1 atm. ,uhue!luen dari produk ini pada 11"8o6 (211@o ) yang terlalu tinggi untuk katalis berbasis 6udan bahan konstruksi pada beberapa tangki reaktor. Bagaimanapun $uga pertanyaakunci dalam sintesa proses methanol dan beberapa proses serupa yang melibatkan reakseksotermis tinggi adalah bagaimana menurunkan suhu produk. Pada banyak kasus perancang diberikan atau menetapkan suhu maksimal dalam reaktor dan menge aluassatu dari strategi perpindahan panas yang di$elaskan disini.

,ebagai catatan hasil ini $uga dapat diulang dengan menggunakan !ile A/ 4*@.B P pada 6+*R; . 0uga subroutine R,#;76 seperti yang di$elaskan pada [email protected].


29/34

Heuristik '$ ! Untuk memindahkan anas reaksi eksotermis &ang tinggi:

ertim3angkan enggunaan reatan e;cess: diluen inert@cold shot:

&ang akan mem engaruhi distri3usi 3ahan kimia dan harus

dimasukkan le3ih dahulu dalam sintesa roses

Heuristik '' ! Untuk anas reaksi eksotermis &ang le3ih rendah: sirkulasikan

0luidareaktor ada endingin eksternal atau gunakan tangki

3er/aket atau coil endingin" 6uga ertim3angkan enggunaan

intercooler diantara stage reaksi adia3atis"

%ntuk memperoleh suhu yang lebih rendah beberapa alternati! yang mungkindimulai dari pengaruh distribusi bahan kimia adalah sebagai berikut :1. Penggunaan salah satu reaktan yang e cess untuk menyerap panas. /lternati! ini telah

dibahas lebih dahulu di Bagian ".3 dan digambarkan dalam &ambar ".19a dimanae cess B direco ery dari separator dan diresirkulasikan ke operasi reaksi. Panasdipindahkan dari separator atau dengan menukar dengan aliran proses dingin ataucold utility (contoh : cooling -ater).

(a)

(b)

(c)

Reactor B/

Product

,eparator

Product

,eparator

B

Reactor B/

/

B (cold !eed)

O O


30/34

(d)

(e)

4am3ar -"$( 7lo+sheet untuk memindahkan anas reaksi ! aB menggunakan reaktan e;cess 3Bmenggunakan diluen inert: S cB menggunakan cold shot dB o erasi adia3atis eB menggunakan

intercooler

=ontoh -"# Reaktan E;cess

embali ke 6ontoh ".@ e cess 2 dispesi!ik dengan perbandingan mol 2 6; adalah 19dan suhu aliran e!luen reaktor dikomputasi.Pen&elesaian

+engan menggunakan subroutine R,#;76 di /,P < P5%, dengan kon ersi 6;lengkap suhu e!luen diturunkan men$adi 33?o6 (@3'o6) hasil tersebut dapat diulangdengan menggunakan !ile A/ 4*?.B P pada 6+*R; . Perintah sensiti itas dapatdigunakan untuk mengkomputasikan suhu e!luen sebagai !ungsi perbandingan mol

2 6;.

2. Penggunaan diluen inert ,. &ambar ".19b menggambarkan alternati! ini. ,atu contohmuncul dalam pembuatan methanol dimana carbon mono ide dan hidrogen bereakdalam !luidiGed bed yang mengandung katalis. +alam proses arathon ;il aliranyang besar atau minyak inert disirkulasikan melalui reaktor didinginkan dandiresirkulasikan ke reaktor. ,ebagai catatan diluen seperti minyak dengan kapasita panas besar lebih disukai untuk men$aga suhu men$adi lebih rendah dengakecepatan resirkulasi lebih kecil. erugian dari pendekatan ini adalah dengan adanya

Reactor

B/

O O


31/34

senya-a baru yaitu , yang ketika dipisahkan dari campuran reaksi tidak dapatdipindahkan seluruhnya dalam separator atau dengan menukar dengan aliran prosesdingin atau cold utility.

=ontoh -". Diluen Dodecane

embali ke 6ontoh @ " lbmol $am dodecae ditambahkan dalam umpan reakt(1 lbmol $am 6; dan 2 lbmol $am 2) dan suhu aliran e!luen raktor dikomputasikan.Pen&elesaian

Pada kasus ini suhu e!luen diturunkan dengan ta$am men$adi ?? @o6 (1?1 ?o6) hasiltersebut dapat diulang dengan menggunakan !ile A/ 4*8.B P pada 6+*R; .

ecepatan aliran dodecane diatur untuk memberikan penurunan suhu yang cukup.

3. enggunakan cold shot. Pada alternati! ini seperti yang digambarkan pada &amba4.19c satu dari rekatan didinginkan dan didistribusikan selama operasi reaksadiabatis secara seri. !luen dari setiap stage pada suhu yang naik didinginkadengan cold shot reaktan B. +i tiap stage penambahan / direaksikan sampai semuadigunakan di stage terakhir.+ua alternati! berikutnya tidak mempengaruhi distribusi bahan kimia dan biasanya

digunakan untuk reaksi eksotermis menengah di sintesa proses selama integrasi pandan tenaga dan ketika mempertimbangkan pertukaran panas antara aliran suhu tinggi dasuhu rendah.

4. ;perasi adiabatis. Pada kasus ini panas dipindahkan dari operasi reaksi pada salahsatu dari beberapa cara. Baik digunakan cooling -ater atau dimasukkan coil melaluialiran proses dingin atau cold utility disirkulasikan. Pada beberapa kasus reaksiter$adi dalam pipa berisi katalis dikelilingi dengan pendingin seperti yandigambarkan di reaktor ammonia (# / design) di &ambar ".11.


32/34

4am3ar -"$$ Reaktor Tur3ular Ammonia

disini reaktan


33/34

di ariasikan dalam batasan. 5ihat Bab ? dan 11 untuk pembahasan penggunaan optimasidisintesa proses dan optimasi !lo-sheet proses.

PENAM%AHAN PANAS KE REAKTOR ENDOTERMIS

Heuristik ') ! Untuk mengontrol suhu ada anas reaksi endotermis &ang tinggi:

ertim3angkan untuk menggunakan reaktan e;cess: diluen inert

atau hot shot: &ang akan mem engaruhi distri3usi 3ahan kimia

dan harus dimasukkan le3ih dahulu dalam sintesa roses"

Heuristik ', ! Untuk anas reaksi endotermis &ang le3ih rendah: sirkulasikan

0luida reaktor ke heater eksternal atau gunakan tangki 3er/aket

atau coil emanas" 6uga ertim3angkan enggunaan interheater

diantara stage reaksi adia3atis"

%ntuk operasi reaksi endotermis sumber panas reaksi seperti pada kasus operasreaksi eksotermis panas reaksi dan suhu reaksi adiabatis dapat dikomputasikanmenggunakan simulasi. Pada akhirnya akan menyediakan batasan yang lebih renda pada suhu e!luen reaktor.

etika menambahkan panas ke operasi reaksi endotermis tiga pendekatan untuk penambahan panas mempengaruhi distribusi bahan kimia dalam !lo-sheet dansecepatnya setelah operasi reaksi dipilih. /liran umpan dipanaskan pendekatan ini dekadengan pendekatan 3 pertama untuk perpindahan panas dari operasi reaksi eksotermisPada &ambar 4.19a L 4.19c ketika reaktan e cess digunakan penurunan suhu e!lu ber ariasi secara kebalikan dengan dera$at kee cessan. ,erupa dengan saat diluen inerditambahnkan suhu e!luen turun secara kebalikan dengan $umlah diluen. ,ebagai contoadalah ketika ethylbenGene dipyrolisis untuk menghasilkan styrene.

thylbenGene ,tyrene 2,team superheated ditambahkan untuk menghasilkan panas reaksi dan men$aga suhureaksi naik. #entu sa$a penambahan steam secara signi!ikan akan menaikkan olumreaktor dan $uga operating dan installation cost. /khirnya mungkin untuk menambahkahot shot reaktor ke reaktor seri dengan cara yang sama dalam menambahkan cold sho pada &ambar 4.19c.


34/34

+ua alternati! yang sama yang tidak mempengaruhi distribusi bahan kimiadilakukan untuk penambahan panas pada operasi reaksi endotermis. Pada kasus inioperasi adiabatis pada &ambar 4.19d melibatkan penambahan panas dengan cara yangsama saat memindahkan panas. Perancangan yang biasa adalah $aket coil dan . 0uinterheater antara stage*stage seperti pada &ambar 4.19e digunakan pada berbagkondisi seperti $ika terdapat intercooler.

heuristik sintesa proses - kelompok 7 fix

Documents