Tugas akhir prarancangan pabrik fosgen dari karbon monoksida dan gas klor kapasitas 30. 000 ton/tahun

RESUME REAKTOR 
Kode   
: R 
Fungsi 
:  sebagai  tempat  berlangsungnya  reaksi  antara  karbon  monoksida 
dengan klorin menjadi phosgen dengan katalis karbon aktif.  
Tipe 
: Fixed Bed Multitube Reaktor 
Design 
: 1-1 Shell and Tube 
Jumlah 
: 1 buah 
1.  Kondisi Operasi  
 
Suhu 
   
: 398 – 422,64 K
 
 
Takanan     
: 1,05 atm  
 
Non isotermal dan non adiabatis  
 
2.  Spesifikasi 
 
a.   Katalisator 
 
 
Bahan     
: karbon aktif 
 
 
Bentuk    
: granular 
 
 
Umur     
: 3-5 tahun 
 
 
Diameter  
: 4 mm 
 
 
Porositas  
: 0,3 
 
 
Density   
: 1350 kg/m
3 
b.
 
Tube 
Panjang tube  : 4,5 m 
IDT 
 
: 0,0338 m 
ODT   
: 0,0381 m 
at 
 
: 9.10
-4
 m
 

Jumlah  
: 1632 
Susunan 
: triangular, dengan pitch 1,875 inc 
Jumlah pass  : 1 
Material 
: Stainless steel SA 167 grade 3 
c.
 
Shell 
IDs 
 
: 2,159 m 
Tebal shell 
: 0,25 inc 
Baffle space  : 0,53975 m 
Jumlah  
: 1 
Jumlah pass  : 1 
Material 
: Stainless steel SA 167 grade 3 
d.
 
Pendingin 
Bahan   
:  air 
Suhu masuk  :  303 K 
Suhu keluar 
:  315 
e.
 
Head 
Bentuk  
: Torisperical dished head 
Tinggi  
: 0,426 m 
Tebal   
: 0,25 inc 
Volume 
: 0,852 m
3
 
f.
 
Reaktor 
Tinggi  
: 5,352 m 
Volume 
: 18,170 m
3
 
g.
 
Ukuran pipa 
Diameter pipa umpan masuk dan keluar reaktor 
: 12 inc SN 30 
Diameter pipa pendingin masuk dan keluar reaktor  : 6 inc SN 40 

ACCUMULATOR 
 
Kode 
: ACC-01 
 
 
 
 
 
Fungsi 
: untuk menampung hasil atas MD-01  
 
Tipe 
: Horisontal drum dengan torispherical head 
 
 
 
 
 
 
 
 
Data-data 
ü
 
Menghitung suhu bubble point pada hasil atas MD-01 
 
 
 
P   =  5 atm        = 3800 mmhg 
 
 
 
 
Trial T sehingga  ΣY = 1 
 
 
 
 
 
T    =  17,568 °C =  290,568 K 
P° dihitung dengan persamaan Antoine 
                 
÷
ø
ö
ç
è
æ
+
-
=
°
C
T
B
A
P
exp
                                         
(Apendix D, Coulson)
 
komponen 
Po 
ki 
X 
Y 
Cl2 
4,7344E+03  1,25E+00 
0,7436 
0,92647 
COCl2 
1,0904E+03  2,87E-01 
0,2564 
0,07357 
jumlah 
 
 
 
1,0000 
 
ü
 
Densitas cairan destilat 
   ρ  =  0,6108 gr/ml    = 610,8057 kg/m
3
 
 
 
ü
 
Kecepatan massa masuk (G)    =  1304,0138 kg/j 
 
                                
     =  2,1349 m
3
/j  
 
 
 
 
Perancangan 
 
 
 
 
 
 
waktu tinggal   = 300 
s        =  5 menit         =  0,0833 jam 
Kapasitas         = G x waktu tinggal   
 
 
 
 
 
   = 0,1779 m
3
 
 
 
 
 
Over desain 20 %, maka kapasitas    =  0,2135 m
3
 
 
 
=  7,5391 ft
3 
Bentuk    =  horisontal drum dengan torispherical head 
 
 
 
L/D  
  =  3 
 
 
                   (Range 3 – 5, Ullrich) 
 
 
Vt  
  =  Vshell + 2*V head 

Untuk torisperical V head = 0,000049 D
3
                      (Brownell, pers 5.11) 
Dengan, V dalam ft
3
, dan D dalam inc 
 
 
 
 
 
 
  =  0,25 π x D
2 
x L  + 2 x ( 2,835e-8 x D
3
 ) 
 
 
 
  =  0,25 π x D
2
 x L  +2 x ( 2,835e-8 x D
3
 ) 
 
 
7,5391      = 2,355 D
3 
+
 
2 x ( 2,8355e-8 x D
3
 ) 
 
 
               = 2,3550  D
3 
 
 
 
 
 
D  
= 1,4738 ft         
= 0,4492 m 
       = 17,6860 inc 
L  
= 4,4214 ft  
= 1,3477 m 
       = 53,0579 inc 
a. Tebal dinding tangki 
 
 
 
 
 
Bahan konstruksi yang dipilih adalah stainless steel SA 283 grade C  dengan 
alasan : 
 
 
ü
 
Ekonomis untuk pressure vessel  
ü
 
T min plate <= 5/8 inc 
 
 
 
 
 
ü
 
suhu operasi -20F s/d 650F 
 
 
 
 
Spesifikasi :   
 
                       ( tabel 13.1 Brownell & Young) 
 
Tensile strength                 =  55000   psi 
 
 
 
Allowwable stresses ( ƒ )  =  12650   psi 
 
 
 
Corrosion allowance         =  0,125    inc 
 
 
 
Joint eff (E)   
               =  75% 
 
 
           (dipakai single welded butt joint without backing 
strip) 
 
 
Tebal shell dapat dihitung dengan persamaan   
 
 
 
         
C
xP
fxE
Pxri
ts
+
-
=
6
.
0
 
                         (Persamaan 13.1 Brownell) 
dengan,  
ts  : tebal shell, inc 
 
 
 
P  : internal pressure, psia 
 
 
ri  : inside radius, inc 
 
 
 
ƒ  : allowwable stresses, psi 
 
 
E  : joint efficiency 
 
C   : corrosion allowance, inc 
 
P    
=  73,48 × ( 1+20% ) 
 

 
=  88,176    psia 
ri  
=  8,8430  inc 
 
 
ƒ  
=  12650 
 
 
 
 
 
C  
=  0,125 
 
 
 
 
 
E  
=  75%  ( dipakai single welded butt joint with backing strip ) 
 
Diperoleh,    
 
 
 
 
               
psia
x
x
inc
psiax
ts
176
,
88
6
,
0
%
75
12650
8430
,
8
176
,
88
-
=
 
 
 
 
 
 =  0,2076 inc 
 
 
dipakai tebal standard  =  0,25 inc 
b. Tebal head 
 
 
 
 
 
 
Dalam perancangan ini dipilih head jenis torisperical flanged and dished head   
 
ODS  
= 
IDs  +  (2 × ts)  
 
 
 
 
 
= 18,1860 in , dipakai ODS standart 20 inc 
 
 
dari table 5.7 Brownell & Young, untuk OD = 20 dan t = 0,25  diperoleh 
 
 
icr  
= 
1,25    inc 
 
 
 
 
rc   
   = 
20  inc 
 
 
 
 
untuk icr > 6% r, berlaku rumus : 
 
 
 
 
 
                
)
3
(
4
1
icr
rc
w
+
=
   
          ( persamaan 7.76 Brownel )   
 
w   
  =  faktor stress untuk tipe torisperical 
 
 
 
 
  =  1,75 
 
 
 
 
 
                 
C
P
xfxE
Pxrcxw
th
+
-
=
2
.
0
2
                           ( persamaan 7.77 Brownel )   
                      = 0,2878 inc dipakai tebal standard  = 0,3125 inc 
Odh  
=  IDh  +  (2 × thead) 
 
 
 
 
 
=  18,3110 inc , dipakai Ods standard 20 inc 
 
 
c. Kedalaman head   
 
 
 
 
 
 
Untuk thead = 0,3125, diperoleh range sf = 1,5 - 3 
 
 
dipakai, sf  
=  2 
 
     (tabel 5.8 Brownell & Young)   
 
dari persamaan untuk fig. 5.8 Brownell & Young : 
 
 
 
 

a  
=  ID / 2 
=  8,8430 inc 
 
 
AB  
=  a - icr 
=  7,5930 inc 
 
 
BC  
=  rc - icr 
= 18,7500 inc 
 
 
AC  
= 
)
(
2
2
AB
BC
-
 = 17,1438 inc 
 
 
b  
=  rc - AC 
=   2,8562 inc 
 
 
tinggi head (OA)      
=  sf + b + thead 
 
 
 
 
 
 
 
=  5,1687 inc 
 
 
 
 
d. Menghitung besar pipa pegeluaran  
 
 
 
BM campuran = 78,1785  g/mol 
 
 
T               
=  290,57 K  
 
 
 
r  cairan     
=  610,8057 kg/m
3
       =   38,1313 lb/ft
3
 
 
G              
=  1304,0138 kg/jam  
 
 
Q              
=  G/ρcairan  
 
=  2,1349 m
3
/jam     =  0,0209 ft
3
/s 
 
 
Untuk aliran turbulen 
 
 
 
  
Di  opt    
=  3,9 x Q
0.45
 x r cairan
0.13
 
 
 
Di  opt    
= 1,0992  in 
 
 
 
Dipakai pipa standar dengan spesifikasi   : 
 
D nominal  1,25  inc 
OD   =  1,66 inc 
ID     =  1,38 inc 
SN    =  40  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONDENSER – 01 
 
Kode  :  C-01 
Fungsi :  Mengembunkan kembali hasil atas MD-01 
Tujuan Perancangan         
1. Menentukan tipe kondenser 
 

2. Memilih bahan konstruksi 
 
3. Menentukan spesifikasi condenser 
 
Data - data : 
 
 
 
 
Fluida Panas ( destilat MD - 01 ) 
 
 
 
Tin       =  30,32300 °C        =  303,323 K    =  86,5814 °F 
Tout     =  17,56800 °C        =  290,5680 K    =  63,6224 °F 
Laju Alir massa ( W )      
=  
1304,0138 
kg / jam  =  
2874,8288 
lb / jam 
Fluida Dingin  ( Dowtherm SR-1 ) 
 
 
 
t in       = 10 °C       
=  283 K      
=  50°F 
t out     = 20 °C       
=  293  K      
=  68  °F 
Beban panas Kondensor(Q) =  323241,35
 
kJ/jam 
 
      
= 306372,48
 
Btu / jam 
Laju Alir massa ( w )     
= 
)
(
in
out
t
t
Cp
Q
-
                    
 
= 
)
50
68
(
76
,
0
48
,
306372
-
 
        
 
  
=  22395,6489 lb/jam 
 
 
=  10158,5997 kg/jam 
a. Menentukan Tipe Kondensor 
 
 
  Tipe kondensor yang dipilih adalah shell and tube 1 - 4 horisontal kondensor 
  pertimbangan :         
ü
 
Konstruksi sederhana 
 
ü
 
Paling umum digunakan  
b. Memilih bahan konstruksi   
 
 
 
Bahan untuk tube  : Stainless steel 
 
 
alasan : tahan korosi 
 
bahan untuk Shell  : Stainless steel 
 
 
alasan : tahan korosi 
 
 
 
c. Menentukan Spesifikasi kondenser 
 
 
  1. Penentuan delta T LMTD 
 
 

 
delta t2 
delta t1 
 
∆T
LMTD   
=   (∆t
2 
- ∆t
1
) / ( 2,3 log (∆t
2 
/ ∆t
1
)) 
 
 
 
∆T
LMTD   
=   
15,97381
  F 
 
 
 
 
2. Menghitung  Ta  dan ta 
 
 
 
 
Ta   
=  ( T
1
 + T
2
 )/2 
 
 
 
 
   
=  
75,1019
 °F 
 
 
 
 
 
   
= 
23,94550
  °C 
 
 
 
 
 
   
=  
296,94550
 K 
 
 
 
 
 
      ta  
=  ( t
1
 + t
2
 ) / 2 
 
 
 
 
 
 
=  59 °F 
 
 
 
 
 
 
 
=  18    °C 
 
 
 
 
 
 
 
=  288  K 
 
 
 
 
 
3. Penentuan harga Ud 
 
 
 
 
 
Untuk pendingin heavy organics dan Fluida panas light Organics 
Ud =  10 - 40  Btu / ft2. F . Hr 
 
 (tabel 8. Kern)  
diambil harga Ud    =  34,42 Btu / ft
2
 F jam 
 
 
 
 
 
97381
,
15
42
,
34
306372,48
x
A
=
 
 
 
 
 
A    =  557,2246 
ft
2
 
 
 
 
 
 
4. Memilih Spesifikasi Tube 
 
 
 
 
 
Dari tabel 10 kern dipilih pipa dengan spesifikasi : 
 
 
 
OD 
=  0,75     in 
 
 
 
 
I D tube    
=  0,482   in 
 
 
 
 
BWG        
=  10   
 
 
A' t      
=  0,182 in
2
 
     
            (flow area per tube) 
 
hot fluid (F) 
  
cold fluid (F) 
 diff. 
86,5814 
(T1) higher (t2) 
68 
18,5814 
63,6224 
(T2) lower (t1) 
50 
13,6224 
22,9590 
diff. 
18 
5 
T
Udx
Q
A
D
=

Ao         
=  0,1963 ft
2
/ft 
 
     ( surface area per 1in ft) 
 
L            
=  16  ft  =  4,87656  m  =  192  in 
Jumlah tube ( Nt )    = 
LxAo
A
 
                                 = 
1963
,
0
16
2246
,
557
x
 
 
 
 
 
 
       =  177,4149  = 178 
5. Memilih pola Tube 
 
 
 
   
Dipilih susunan Triangular pitch dengan pertimbangan : 
   
1. Kapasitas  fluida yang akan didinginkan besar sehingga dengan 
    susunan ini akan lebih banyak terpasang pada shell dan tube 
 
 
2. Pressure drop rendah 
 
 
 
   
3. Viskositas cairan rendah 
 
 
 
 
Untuk OD  
= 0.75 in, susunan triangular pitch didapatkan  : 
Pt        
=  1 inc 
 
 
 
ID shell   
=  17,25 inc 
 
 
 
Nt           
= 178 
 
 
 
 
passes (n)  
=  4 
 
                  ( table 9 Kern p 842)  
6. Koreksi harga A   
 
 
 
 
 A'     =  Nt x Ao x L 
 
 
 
   
 
  =  178 x 0,1963 x 16  
 
  = 559,0624 ft
2
 
 
 
 
 
 
7. Koreksi harga Ud   
 
 
 
         
T
x
A
Q
Ud
D
=
'
 
 
         
97381
,
15
0624
,
559
306372,48
x
Ud
=
   
 
 
=  34,307Btu / ft
2
 F jam   
 
FLUIDA DINGIN 
FLUIDA PANAS 

( Tube side, air pendingin ) 
( shell side ,  destilat MD-01 ) 
8. Menghitung Flow Area 
A ' t    =  0,182 in
2
 
At      =  
n
t
NtxA
144
'
 
           =  
4
144
182
,
0
178
x
x
 
=  0,05624 ft
2 
 
8. Menghitung flow Area 
ID shell  =  17,25   in 
Pt          =  1,000   in 
B           =  3,45 in     B : panjang baffel  
diambil B = 0,25 ID shell      (Kern p.130) 
c'    
=  Pt  - OD tube    
 
=  0,2500 in 
As    
= 
xPt
xB
IDsxc
144
'
  
           =
1
144
45
,
3
25
.
0
25
.
17
x
x
x
 
              = 0,1033 ft
2 
9. Menghitung Gt 
 
 
    Gt    =  
At
W
 
 
 
 
 
= 
0562
,
0
6489
,
22395
  
            = 398194,0289 lb / ft
2
 jam 
  Velocity  
r
x
Gt
V
3600
=
 
  Rho    =  68.3 lb/ft
3
 
        
3
.
68
3600
398194
x
V
=
 
            = 1,61946 fps 
9. Menghitung Gs 
 
 
Gs   
=  
As
W  
 
 
 
  
= 
1033
,
0
82883
,
2874
  
              = 27824,4303 lb / ft
2
.jam 
 
Loading : 
         
3
2
''
LxNt
W
G
=
 
              = 
3
2
178
16
4303
,
27824
x
 
              = 10,09461  lb / hr.1in. ft 
Asumsi :   
 
 h   =   ho    = 210 
 
 
 
 
dari perhitungan ( 12 ) bagian tube diperoleh  
hio      = 253,98Btu / hr . Ft2 . F  
 
(
) (
)
tavg
Tavg
ho
hio
ho
tavg
Tw
-
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
+
+
=
 
 ( Tw = wall pipe temperature )   
                                                         (Kern 5.31) 
(
) (
)
59
1019
,
75
210
98
,
253
210
59
+
÷÷
ø
ö
çç
è
æ
+
+
=
Tw
 
Tw = 66,2878 F 
 
(
)
2
/
Tw
Tavg
Tf
+
=
 

 ( Tf = film temperature )  
 
                                ( kern 12.19 ) 
         = 70,6948 F 
 
pada Tf ,   
 
K           = 0,06525Btu / hr .ft.F   
µ camp. = 0,35441 cp 
 
ρL         = 614,22073 kg / m
3
 
 
             = 38,19496 lb / ft
3
 
 
sf          = 0,61308 
 
dari fig 12.9. Kern diperoleh  :   
 h' = ho  = 210 Btu/hr.Ft
2
 F 
 
10. Mencari Bilangan Reynold 
   Pada t avg  59 F 
   µ    = 1,10cp 
         = 2,661 lb/ ft . hr 
                                           (fig 14 Kern) 
   D   = 0,0625 ft 
  
m
DexGt
t
=
Re
 
  
00092
,
0
0289
,
398194
0625
.
0
Re
x
t
=
 
   Re t=  9352.51157 
 
 
 
11. Menentukan hi     
 
 
    dengan     v  = 1,61946 fps 
               tavg   = 59 F 
    dari fig . 25  kern  diperoleh : 
    hi    = 380 Btu/h.Ft
2
. F 
 
    faktor koreksi untuk  ID 0.584 in  = 1 
    hi    = 380 Btu/h.Ft
2
. F 
12. Mencari hio 
      
OD
ID
hix
hio
=
 
 
           
75
,
0
482
,
0
.
0
380x
=
 
            = 253,98 Btu/h.Ft
2
.F 
 
Pressure Drop 

 
Menghitung harga f 
 
 
untuk harga  Re t  =  9352,51157 
f                  =  0.00027 ft
2
/in
2
    (fig. 26 Kern)  
Menghitung harga f 
 
 Pada :Tavg = 75,1019 F 
 
= 296,9455 K 
menghitung visc uap 
 
 
µ camp = 0,0148 cp 
 
             =  0,00092   lb/ft.hr 
 
De           = 0.73 in 
 
             = 0.06083 ft 
 
 
 
( fig. 28 Kern ) 
 
 
  
  Re s   = 
m
DexGs
 
 
 
            = 1839214,15494 
  f         =  0.0013 ft
2
 / in
2
 
 
 
 
 ( fig. 29 Kern ) 
Menghitung delta Pt 
))
10
22
.
5
/(
)
((
5
.
0
10
2
q
xDxsx
x
xLxn
fxGt
Pt
=
D
 
                                                        ( kern 7.45 ) 
teta   = viscosity faktor     =  1 (µ/µw) 
s       =  spesifik gravity    =  1  
L      = panjang                 =  16  ft 
n       = jumlah passes  
=   4  
 ∆P     =  0,76604Psi 
Menghitung jumlah crosses 
 
N + 1 = 12  ( L / B ) 
                                                      ( Kern 7.43 ) 
N + 1 = 12  ( 16/ 3,45 ) 
 
  N + 1 = 55,65217 
 
N + 1 = 56 
 
N       = 55 
 
 
 
 
Menghitung delta Pr 
                                                        
)
144
/
5
.
62
)(
2
/
)(
/
4
(
Pr
2
g
v
s
xn
=
D
 
                                                        ( Kern 7.46 )  
untuk Gt     =  398194,02892lb / ft2. Jam 
 
V
2
 / 2 g '     =  0,023 
    (fig 27 Kern)  
delta Pr       =  0,34Psi