Tugas Khusus Nm Ne Instrumentasi

Laporan Tugas Khusus Neraca Massa, Neraca Panas, dan Instrumentasi pada Fluidized Bed Reaktor

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Reaktor merupakan salah satu komponen penting dalam suatu proses

industri kimia. Reaktor yang digunakan dalam proses industri kimia terbagi dalam

berbagai macam jenis yaitu, reaktor batch dan reaktor continue, selain itu reaktor

mempunyai bentuk yang beragam sesuai dengan desain yang diinginkan seperti

bentuk pipa dan bentuk tangki.

Tipe reaktor yang digunakan dalam Linier Low Density Polyethylene

(LLDPE) plant PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. adalah fluidized bed. Reaksi

yang berlangsung melalui proses fluidisasi tersebut berlangsung dengan bantuan

katalis dan co-catalyst. Start up diawali dengan memasukkan resin yang telah

tersimpan dalam seed resin bin ke dalam reaktor melalui valve G-5 sebanyak 60

ton kemudian dilakukan proses oxygen free dengan mengalirkangas N2 bertekanan

7 kg/cm2 ke reaktor. Setelah aliran berjalan secara kontinyu maka nitrogen di-

press up sampai 12 kg/cm2. Tahap selanjutnya, dilakukan start cycle gas

compressor dan heating up reactor bed yaitu dengan memanaskan N2 dengan high

steam di cycle gas cooler sampai temperatur di dalam reaktor mencapai ± 90oC.

Kemudian dilakukan building concentration hydrogen, ethylene, co-monomer, dan

Tri Ethyl Alumina (TEAL) (dengan konsentrasi 350 ppm) ke dalam reaktor.

Building concentration hydrogen, ethylene, dan nitrogen dilakukan melalui pipa

cycle gas yang terletak sebelum cycle gas compressor (kompresi centrifugal).

Sedangkan co-monomer yang diumpankan ke dalam reaktor melalui pipa cycle

gas yang terletak setelah cycle gas compressor. Hal tersebut dikarenakan co-

monomer yang diumpankan berada dalam fasa cair dan tidak dapat melewati

compressor. Cycle gas dan co-monomer masuk ke dalam reaktor melalui bagian

bawah reaktor yag sebelumnya melewati cycle gas cooler dengan tujuan

mendinginkan cycle gas agar kondisi operasi di dalam reaktor (± 80-100 oC dan

23-24 kg/cm2) tetap terjaga.

Jurusan Teknik Kimia Universitas Sebelas MaretBudi Setiani – I 0511011

1


Pengumpanan katalis dilakukan setelah keadaan seed resin di dalam reaktor

terfluidisasi dan kondisi reaksi telah dipenuhi. Indikasi telah terjadi fluidisasi

adalah dengan melihat ΔP pada setiap bagian reaktor yang sudah konstan. Alat

untuk mengatur ΔP di reaktor dihubungkan dengan nozzle-nozzle yang terletak

disamping reaktor yang disebut “E” nozzle. Katalis diumpankan secara bertahap

dari catalyst feeder yaitu mulai dari 1 kg katalis. Kemudian setelah kondisi operasi

terjaga maka setiap setengah jam kemudian dilanjutkan penambahan katalis

sebanyak 0,5 kg. Penambahan katalis tersebut dilakukan sampai nantinya tercapai

laju 27 ton resin/jam. Penambahan katalis setiap setengah jam dimaksudkan agar

tidak terjadi penumpukan di dalam reaktor yang dapat menimbulkan runway

(uncontrol reaction).

B. Perumusan Masalah

Dengan dihitungnya neraca massa dan neraca panas di reaktor, maka unjuk

kerja reaktor dalam proses pembuatan LLDPE di PT. Chandra Asri Petrochemical

dapat diketahui. Kinerja reaktor tidaklah berjalan sebaik yang diharapkan. Hal ini

diketahui dari konversi polyethylene yang tidak mencapai 100%, yield yang

kurang dari 1, serta adanya massa yang terikut ke PDS dan panas yang hilang ke

lingkungan selama proses pembuatan LLDPE.

C. Tujuan

Menghitung neraca massa dan neraca panas pada fluidized bed reaktor untuk

mengetahui kinerja dari reaktor. Selain itu disebutkan pula mengenai

instrumentasi reaktor yang merupakan sistem pengendali dan pelengkap dalam

reaktor.

D. Manfaat

Dengan diketahuinya unjuk kerja dari reaktor, maka dapat digunakan

sebagai bahan masukan kepada pihak PD-2 (Production Department – 2) pada

umumnya dan LLDPE Section pada khususnya dalam evaluasi reaktor, bahwa

terdapat massa dan panas yang hilang cukup besar ketika proses berlangsung.


2


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Reaktor

Reaktor kimia adalah sebuah alat dalam industri kimia dimana terjadi reaksi

dari bahan mentah menjadi produk yang lebih berharga. Pembagian reaktor dapat

dikelompokkan sebagai berikut :

1. Berdasarkan bentuk

Berdasarkan bentuk reaktor dapat dikelompokan sebagai berikut:

a. Reaktor tangki

b. Reaktor pipa

c. Reaktor tangki dan pipa

2. Berdasarkan proses

a. Reaktor batch

b. Reaktor alir (kontinyu)

c. Reaktor semi batch

3. Berdasarkan keadaan operasi

a. Reaktor isothermal

b. Reaktor adiabatic

c. Reaktor non isothermal

d. Reaktor non adiabatic

Berikut adalah penjelasan secara lebih detail mengenai macam-macam

reaktor tersebut:

1. Reaktor Batch

Reaktor batch atau kadang-kadang disebut juga reakor tertutup adalah suatu

reaktor dimana tidak ada aliran masuk maupun keluar selama reaksi. Pada proses

ini reaktan hanya dimasukkan sekaligus pada saat awal, kemudian hasil reaksi

diambil pada jangka waktu tertentu. Reaktor tipe ini merupakan alat yang relativ

sederhana dan banyak digunakan di laboratorium, alat ini memang hanya cocok

digunakan pada skala-skala kecil. Untuk skala yang lebih besar (skala industri),


3

Laporan Tugas Khusus Neraca Massa, Neraca Panas, dan Instrumentasi pada Fluidized Bed Reaktorwalaupun ada beberapa keuntungan, seperti biaya instrumentasi rendah dan

fleksibilitas operasi baik, alat ini sangat jarang digunakan, karena akan

mengakibatkan kerugian yang lebih besar, diantaranya :

1. biaya penanganan dan buruh tinggi

2. seringkali memerlukan waktu yang panjang pada saat shut down

3. kontrol kualitas dari produk rendah

2. Reaktor Semi Batch

Di dalam operasi semi batch, reaktan masuk ke dalam reaktor secara

kontinyu dan bereaksi di dalamnya. Selama reaksi ini berlangsung tidak ada

campuran (reaktan, produk) yang meninggalkan reaktor tersebut.

Operasi semi batch ini seringkali dikerjakan karena adanya fleksibilitas yang

cukup baik di dalam pengaturan pengoperasiannya dimana kita dimungkinkan

untuk melakukan kontrol terhadap kecepatan reaksi (rate of reaction) selama

operasi berlangsung. Hal ini bisa dilakukan misalnya dengan mengatur jumlah

reaktan yang masuk sesuai dengan kecepatan perpindahan panasnya.

3. Reaktor Kontinyu

Secara garis besar, reaktor ini bisa dikelompokan dalam dua jenis, yaitu:

a. Reaktor alir sumbat atau Plug Flow Reactor (PFR)

b. Reaktor tangki yang diaduk sempurna atau Continuous Stirred Tank Reactor

(CSTR)

4. Reaktor Tangki Ideal

Reaktor tipe ini bisa terdiri dari satu tangki atau lebih. Biasanya tangki-

tangki ini dipasang vertikal dengan pengadukan sempurna. Pengadukan pada

masing-masing tangki dilakukan secara kontinyu sehingga diperoleh suatu

keadaan dimana komposisi campuran di dalam reaktor benar-benar seragam.

Reaktor tangki biasanya digunakan untuk reaksi-reaksi dalam fasa cair,

reaksi heterogen cair-padat, cair-cair dan sebagainya.


4


Di dalam reaktor tangki ideal, konsentrasi di setiap titik di dalam reaktor

adalah sama, sehingga kecepatan reaksi tidak dipengaruhi oleh posisi campuran di

dalam reaktor. Dengan demikian, perhitungan neraca massanya dapat dilakukan

secara makro, yaitu dengan meninjau reaktor tersebut sebagai suatu unit yang

utuh.

B. Neraca Massa

Neraca massa merupakan salah satu konsep fundamental dalam teknik kimia

yang paling mendasar. Penyusunan neraca massa didasarkan atas hukum

kekekalan massa yang menyebutkan bahwa massa itu kekal (tidak dapat

dimusnahkan maupun diciptakan). Pada prinsipnya bentuk neraca massa yang

lebih operasional adalah sebagai berikut :

Dalam suatu sistem yang ditinjau :

input – output + generation – consumption = accumulation .......... (1)

karena proses Steady State, maka accumulation = 0, oleh karena itu persamaan di

atas dapat dituliskan kembali:

input – output + generation – consumption = 0 .......... (2)

Bila massa terdiri dari beberapa komponen dan tidak ada reaksi kimia yang

terjadi, maka dapat disusun neraca massa total dan neraca massa komponen.

Sehingga untuk sistem dengan jumlah komponen N dapat disusun satu persamaan

neraca massa total dan neraca massa komponen.

C. Neraca Panas

Neraca panas dibuat berdasarkan pada hukum pertama termodinamika.

Hukum pertama ini menyatakan kekekalan energi, yaitu energi tidak dapat

dimusnahkan atau dibuat, hanya dapat diubah bentuknya. Perumusan dari neraca

energi suatu sistem mirip dengan perumusan neraca massa. Namun, terdapat

beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu suatu sistem dapat berupa sistem

tertutup namun tidak terisolasi (tidak dapat terjadi perpindahan massa namun

dapat terjadi perpindahan panas) dan hanya terdapat satu neraca energi untuk


5

Laporan Tugas Khusus Neraca Massa, Neraca Panas, dan Instrumentasi pada Fluidized Bed Reaktorsuatu sistem (tidak seperti neraca massa yang memungkinkan adanya beberapa

neraca komponen). Suatu neraca energi memiliki persamaan:

Energi masuk = Energi keluar + Energi akumulasi .......... (3)

Tidak seperti neraca massa yang memiliki variabel produksi, neraca energi

tidak memiliki variabel produksi. Hal ini disebabkan energi tidak dapat

diproduksi, hanya dapat diubah bentuknya. Namun, bila terdapat suatu jenis energi

diabaikan, misalnya bila neraca dibuat dengan hanya memperhitungkan energi

kalor saja, maka persamaan neraca energi akan menjadi

Kalor masuk + Kalor produksi = Kalor keluar + Kalor akumulasi..........(4)


6


BAB III

METODOLOGI

A. Metode Pengambilan Data

Untuk menghitung neraca massa dan neraca panas pada reaktor, diperlukan

data-data sebagai berikut:

Data-data dari literatur

- Berat Molekul (BM)

- Kapasitas Panas (Cp)

- Instrumentasi reaktor

Data-data tekanan, temperatur, komposisi, flow rate, dan kondisi operasi

fluidized bed reaktor pada tanggal 4 – 10 Agustus 2014, meliputi:

- Laporan harian LLDPE Section

- Laporan harian analisa laboratorium

B. Metode Pengolahan Data

Dalam tugas khusus ini akan menghitung neraca massa , neraca panas, dan

instrumentasi dari reaktor. Pada neraca massa akan menghitung jumlah umpan

yang bereaksi, jumlah polimer yang terbentuk pada reaktor, serta dapat diketahui

pula konversi dan yield reaksi. Selain itu dapat diketahui pula berapa massa yang

hilang pada saat reaksi berlangsung. Pada perhitungan neraca panas akan

menghitung banyaknya energi yang dihasilkan selama reaksi berlangsung, serta

dapat diketahui banyaknya panas yang hilang selama reaksi. Sedangkan pada

instrumentasi reaktor, akan dibahas mengenai PDS (Product Discharge System),

Reactor Killing System apabila reaktor mengalami runaway condition, dan RSC

(Reactor Static Control).


7


BAB IV

HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN

A. Data-data

Tanggal Produksi : 4 – 10 Agustus 2014

Waktu Produksi : Jam 00.00

Product : DGM-1810 (UF-1810 series)

Kapasitas Produksi : 27680 kg/jam

Tabel 1 Laju Alir Fresh Feed rata-rata

Komponen Rate (kg/jam)

Ethylene 25930,00

Butene-1 2167,91

n-hexane 59,07

Nitrogen (N2) 63,70

Hidrogen (H2) 2,43

Catalyst 5,93

TEAL 9,20


8


Tabel 2 Komposisi Cycle Gas

komponen % berat Rate CG(kg/jam) Rate komponen CG(kg/jam)

ethylene 0,3065

1.205,607

369,629

Butene-1 0,2064 248,893

n-hexane 0,0749 90,314

Nitrogen (N2) 0,3940 474,995

Hidrogen (H2) 0,0026 3,149

Ethane (C2H6) 0,0154 18,626

Tabel 3 Komposisi Recovery Liquid

komponen % berat Rate Rec (kg/jam) Flow Recovery (kg/jam)

Butene-1 0,64771.363,59

883,197

n-hexane 0,3523 480,393

Tabel 4 Komposisi Vent Flow

komponen % berat Rate CG (kg/jam) Rate komponen CG (kg/jam)

ethylene 0,3066

0,57

0,175

Butene-1 0,2064 0,118

n-hexane 0,0749 0,043

Nitrogen (N2) 0,3940 0,225

Hidrogen (H2) 0,0026 0,001

Ethane (C2H6) 0,0154 0,009

Tabel 5 Komposisi Zat Masuk pada Reaktor

KomponenFresh Feed

(kg/jam)Cycle Gas (kg/jam)

Recovery Liquid (kg/jam)

Input Reaktor (kg/jam)

ethylene 25.930,000 369,629 0 26.299,629Butene-1 2.167,910 248,893 883,197 3300,000n-hexane 59,070 90,313 480,393 629,776Nitrogen (N2) 63,700 474,995 0 538,695Hidrogen (H2) 2,430 3,149 0 5,580Ethane (C2H6) 0 18,626 0 18,626Catalyst 5,930 0 0 5,930TEAL 9,200 0 0 9,200Total 28.238,240 1.205,607 1.363,59 30.807,437

Tabel 6 Komposisi Zat Keluaran Reaktor


9

Ethylene

Butene - 1

N - Hexane

Nitrogen

Hidrogen

Ethane

Catalyst

TEAL

REAKTOR

Ethylene

Butene - 1

N - Hexane

Nitrogen

Hidrogen

Ethane

Resin

∆HinREAKTOR

∆Hout

∆Hcooler


KomponenVent Flow (kg/jam)

Cycle Gas (kg/jam)

Produksi(kg/jam)

Output Reaktor (kg/jam)

ethylene 0,175 369,629 0 369,804Butene-1 0,118 248,893 0 249,010n-hexane 0,043 90,313 0 90,356Nitrogen (N2) 0,225 474,995 0 475,220Hidrogen (H2) 0,001 3,149 0 3,151Ethane (C2H6) 0,009 18,626 0 18,635Catalyst 0 0 0 0TEAL 0 0 0 0Resin 0 1.205,607 27.680,000 27.680,000Total 0,570 369,629 27.680,000 28.886,176

B. Hasil

1. Neraca Massa

a. Massa yang terikut ke PDS = 1.921,26 kg/jam

b. % Konversi ethylene = 99,999326 %

c. yield=0,9845

2. Neraca Panas


10


Tabel 7 Panas Masuk dan Panas Keluar Reaktor

Panas Masuk Panas Keluar

∆Hin 9,543 x 105Joule ∆Hout 7,897 x 104 Joule

Qreaksi - 2,44x 107 Joule ∆Hcooler 3,175 x 107 Joule

Dari data di atas, panas masuk tidak sama dengan panas keluar. Maka

dalam reaktor terjadi Q loss.

Q loss = (∆Hin + Qreaksi ) + (∆Hout + ∆Hcooler )

= 2,1592 x 107 Joule/jam

3. Instrumentasi


11


Instrumentasi reaktor merupakan hal-hal ataupun alat-alat yang

digunakan sebagai pengendali di reaktor. Pada instrumentasi reaktor, akan

dibahas mengenai PDS (Product Discharge System), Reactor Killing System

apabila reaktor mengalami runaway condition, dan RSC (Reactor Static

Control).

a. Reactor Killing System

Gambar 1 Reactor Killing System (Chandra Asri, 2014)

Killing system bertugas untuk mengendalikan reaksi. Apabila terjadi

runaway, yaitu suhu reaksi terus naik maka diaktifkan killing system yang

akan menghentikan jalannya reaksi. Killing system ini dibagi menjadi

beberapa jenis, antara lain:

1) Manual Killing

Micro Killing untuk menurunkan production rate sampai 3%

Killing ini dilakukan dengan mengatur valve 1 menjadi terbuka

dan valve 3 dalam keadaan tertutup yang dilanjutkan dengan menutup

kembali valve 1 setelah dialirkan gas CO. Micro killing menggunakan

gas CO sebanyak 11 cc yang terjebak antara valve 1 dan 2. Killing


12


dilakukan dengan membuka valve 2 dan 4 sehingga gas CO dapat

mengalir ke dalam reaktor.

Mini killing (manual) untuk menurunkan production rate sampai 5-7%

Killing ini dilakukan dengan mengatur valve 1,2 dan 4 terbuka

dan menutup valve 3. Kondisi ini dilanjutkan dengan menutup kembali

valve 1 sehingga gas CO akan terjebak antara valve 1 dan 4. Volume

gas CO tersebut sebesar 28 cc. Pada saat killing dilakukan dengan

membuka valve 4 sheingga gas CO akan mengalir ke dalam reaktor.

2) Automatic Killing

Automatic mini killing untuk menurunkan production rate sampai 20%

Killing ini dilakukan dengan menutup valve D dan membuka

valve A sehingga gas CO akan terjebak antara valve, A, B, C, dan D

setelah valve A ditutup kembali. Volume gas CO yang digunakan

dalam killing system ini sebesar 120 cc. Killing dilakukan dengan

membuka valve B dan C tetapi setelah beberapa saat valve C ditutup

kembali. Tujuan dari terbukanya valve C adalah mencegah resin yang

berada dalam reaktor masuk ke dalam “E Nozzle” sehingga akan

terjadi penyumbatan.

Type I killing yang bekerja jika terjadi runaway secara otomatis jika

suhu setting-nya sesuai. Suhu setting untuk katalis M-1 ialah 95 oC

sedangkan untuk katalis S-2 sebesar 115 oC. Pada saat terjadi type I

killing, cycle gas cooler masih terus berjalan. Hal ini dimaksudkan

untuk menurunkan suhu pada resin yang terdapat di dalam reaktor.

Apabila resin dibiarkan dalam suhu panas, maka akan mengakibatkan

terjadinya hot spot yang nantinya akan membentuk chunk.

Type II killing yang bekerja jika terjadi mechanical problem seperti

kerusakan pada bearing kompresor. Pada killing system type II killing

ini, proses diakhiri secara manual.

Type III killing yang bekerja jika terjadi listrik mati (electric failure

atau power failure) maka motor pada kompresor melambat. Pada saat

terjadi type III killing, cycle gas compressor masih terus berjalan.


13


Purging CO dilakukan sebelum reaktor dioperasikan kembali, dengan

cara:

1) Pressure purge dengan N2

2) Flow Purge dengan N2

3) Sirkulasi flow purge

Purging dilakukan selama 4 jam dimana 2 jam menggunakan LPPN

dan 2 jam menggunakan LPN. Gas CO akan dialirkan ke flare. Gas CO

hanya membuat katalis non aktif sementara yaitu dengan menyelimuti

katalis tersebut.


14

Laporan Tugas Khusus Neraca Massa, Neraca Panas, dan Instrumentasi pada Fluidized Bed Reaktorb. Product Discharge System (PDS)

Gambar 2 Product Discharge System (Chandra Asri, 2014)

Produk yang dikeluarkan dari reaktor yaitu berupa resin polyethylene

berbentuk powder dengan diameter 500-900 µm, tergantung tipe katalis yang

digunakan. Produk tersebut dikeluarkan dari reaktor yang kemudian menuju

sistem pengeluaran produk atau Product Discharge System (PDS).

Adapun fungsi dari PDS itu sendiri yaitu untuk mentransfer resin ke PPB

(Product Purge Bin) dan menjaga level di reaktor. PDS terdiri dari 2 unit, yaitu

Product Chamber (PC) dan Product Blow Tank (PBT). Apabila PDS bekerja

secara cross tie maka terjadi equalize atau pembagian tekanan yaitu antar reaktor-

PC, PC1-PC2, PBT1-PBT2 dan PC-PBT. PDS bekerja secara otomatis tergantung


15

Laporan Tugas Khusus Neraca Massa, Neraca Panas, dan Instrumentasi pada Fluidized Bed Reaktorset point dari reaktor. Resin dialirkan ke puncak PPB menggunakan conveying gas

dari vent recovery system (VRS) dengan tekanan 12-14 kgf/cm2.

Pengoperasian PDS dapat dilakukan dengan berbagai cara seperti berikut:

1. Double Cross Tie Mode

Cross tie mode merupakan metode pengoperasian PDS yang dilakukan

secara bersama-sama antara PDS 1 dan PDS 2 dengan sistem yang saling berganti.

Cara kerja PDS dengan double cross tie mode dilakukan dengan melakukan

equalize tekanan sesuai dengan tekanan reaktor stelah resin masuk ke dalam salah

satu PC. Setelah tekanan telah sama dengan reaktor maka dilanjutkan equalize

dengan PC dialirkan ke dalam PBT yang dilanjutkan dengan equalize tekanan

dengan PBT yang lain.

Cara kerja PDS berdasarkan beda ketinggian bed (material di dalam

reaktor). Setiap terbentuknya resin polyethylene baru, ketinggian bed akan naik

sampai ketinggian tersebut melebihi level set point. Kisaran nilai set point

biasanya berkisar antara 15,2-15,3 m. Jika ketinggian bed melewati set point

lebih dari 5 detik maka produk yang ada dalam PDS akan keluar secara

otomatis. Waktu tunda (delay time) selama 5 detik bertujuan untuk mengetahui

apakah ketinggian resin yang terukur sudah benar atau tidak. Hal tersebut

dikarenakan aliran fluidisasi yang terjadi pada reaktor.

Pada saat ketinggian bed masih berada dibawah set point, semua valve

tertutup kecuali valve A,C dan K. Jika ketinggian bed sudah berada lebih atau

sama dengan set point selama 5 detik, maka valve C akan menutup, valve B dan

G akan terbuka sehingga akan terjadi aliran resin dari reaktor kedalam PC

melalui valve B dan aliran gas yang terdesak oleh PC ke reaktor bagian atas

melalui valve G. Jika PC sudah penuh maka aliran resin dan gas dihentikan

dengan tutupannya valve A dan G, sementara valve B masih dalam keadaan

terbuka.

Kemudian tekanan PC diturunkan dengan menyamakan tekanan dengan

PD ke dua (equalize) dengan terbukanya valve W. Setelah tekanan kedua PC

relatif sama, valve A dan valve B akan tertutup. Resin kemudian dialirkan dari

PC ke PBT dengan terbukanya valve D dan H. Resin mengalir melalui valve D


16


dan gas dari PBT yang terdesak resin mengalir melalui valve H. Setelah waktu

tertentu, valve D dan H akan kembali tertutup kemudian valve x terbuka untuk

menurunkan tekanan dan menyamakan tekanan dengan PBT kedua. Setelah

tekanan kedua PBT relatif sama, maka valve X akan tertutup dan resin dalam

PBT dan resin dalam PBT akan dialirkan ke PPB dengan conveying gas dan vent

recovery system dengan tertutupnya valve K dan terbukanya valve J,F, E dan E.

Valve J, F, dan K disebut konfigurasi kran block and blade atau valve vent

untuk mencegah kebocoran conveying gas yang diteruskan ke dalam PBT saat

coveying tidak berjalan. Setelah waktu tertentu, valve J, F, E dan K kembali

seperti semula. Semua valve dikendalikan berdasarkan timing. Valve W dan X

selain berfungsi sebagai penyeimbang tekanan juga berfungsi untuk mengurangi

cycle gas yang ikut keluar bersama resin sehingga cycle gas akan kembali ke

reaktor.

2. Double Non Cross Tie Mode

Metode ini hampir sama dengan cross tie mode yaitu PDS 1 dan PDS 2

dioperasikan secara bersama-sama dan saling bergantian. Namun perbedaannya

adalah pada non cross tie mode tidak dilakukan penyeimbangan tekanan pada

kedua PDS. Oleh karena itu, metode ini hanya digunakan apabila tekanan pada

masing-masing alat sudah mencukupi.

3. Single Mode

Pengoperasian single mode berbeda dengan cross tie mode dan non cross

tie mode karena pada metode ini hanya dioperasikan slah satu PDS saja. Pada

umumnya pengoperasian PDS dengan single mode hanya dilakukan pada saat

reaktor beroperasi (start up) dan apabila salah satu PDS mengalami kerusakan.

c. Reactor Static Control (RSC)

Chunk merupakan kumpulan resin polyethylene yang meleleh dan

mengalami pemadatan. Hal ini dapat terjadi karena proses polimerisasi merupakan

reaksi eksotermis, kenaikan suhu reaktor yang tidak terkontrol, arus listrik

elektrostatik yang terbentuk, power failure pada cycle gas compressor serta

kokatalis dan katalis yang beraksi dengan impuritas.


17


Mekanisme terbentuknya chunk dimulai dengan partikel resin saling

bergesekan dan bergerak menuju dinding reaktor. Jika kontak dengan gas tidak

sempurna ataupun efisiensi cycle gas cooler kecil, maka hanya sedikit jumlah

panas yang dapat disirkulasi dari reaktor. Hal ini megakibatkan suhu reaktor

mengalami peningkatan dan partikel meleleh di dinding reaktor dan bergabung

dengan partikel resin lain membentuk kumpulan yang berukuran lebih besar.

Karena adanya aliran gas dari cycle gas cooler, lelehan resin ini memadat di

reaktor.

Terbentuknya chunk menimbulkan beberapa kerugian yaitu kebuntuan

jalur perpipaan (plugging). Chunk berukuran besar cenderung mengendap di

bagian bawah reaktor, sehingga kerja distributor plate tidak optimal. Karena

distribusi aliran tidak merata, maka fluidisasi tidak terjadi di seluruh bagian

reaktor dan reaksi polimerisasi tidak berlangsung dengan sempurna. Hal ini berarti

pengurangan pada produktivitas katalis dan nilai selektivitas produk. Chunk

berukuran kecil cenderung terikut aliran resin menuju proses selanjutnya dan

menimbulkan penurunan efisiensi masing-masing proses.

Reactor static control (RSC), merupakan upaya untuk meminimalisasi

terbentuknya chunk dengan cara melakukan pengontrolan arus listrik elektrostatik.

Hal ini dilakukan dengan cara pemasangan ground pada vessel dan penambahan

antistatic agent berupa air untuk Positive Static Driver dan etanol untuk Negative

Static Driver.

C. Pembahasan

Dari perhitungan neraca massa antara input dan output reaktor, diketahui

bahwa jumlah antara input dan output reaktor tidak sama. Hal ini berarti ada

massa yang hilang selama proses pembentukan polyethylene. Massa yang hilang

dalam reaksi pembentukan ini sebesar 1.921,26 kg/jam. Adanya massa yang

hilang ini diakibatkan oleh adanya gas yang terbawa oleh produk polyethylene

menuju ke Product Discharge System (PDS). Gas yang tebawa ke PDS cukup

banyak, tetapi jumlahnya tidak dapat diketahui dengan pasti karena tidak adanya

indikator di dalam PDS. Selain dapat mengetahui data massa yang hilang, dapat


18

Laporan Tugas Khusus Neraca Massa, Neraca Panas, dan Instrumentasi pada Fluidized Bed Reaktordiketahui pula konversi dan yield reaksi yang besarnya berturut-turut sebesar

99,99 % dan 0,98.

Dari perhitungan neraca panas reaktor, dapat diketahui bahwa jumlah panas

yang masuk dan keluar reaktor tidak sama. Jumlah panas yang hilang selama

reaksi sebesar 5,52 x 107 Joule/jam. Panas yang hilang ini terjadi karena panas

berpindah menuju lingkungan.

Instrumentasi reaktor merupakan hal-hal ataupun alat-alat yang digunakan

sebagai pengendali di reaktor. Pada instrumentasi reaktor, akan dibahas mengenai

PDS (Product Discharge System), Reactor Killing System apabila reaktor

mengalami runaway condition, dan RSC (Reactor Static Control).


19


BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Dari data neraca massa dan neraca panas reaktor pada pembuatan Linier

Low Density Polyethylene, diketahui bahwa kinerja reaktor sangat baik. Hal

ini diketahui dari nilai konversi dan yield yang besar, yaitu sebesar 99,99%

dan 0,98. Akan tetapi, dari perhitungan dapat diketahui pula adanya massa

yang terikut ke PDS dan panas yang hilang selama reaksi pembentukan

polyethylene berlangsung. Jumlah massa yang terikut ke PDS selama reaksi

berlangsung yaitu 1.921,26 kg/jam sedangkan jumlah panas yang hilang

selama reaksi berlangsung yaitu sebesar 2,1592 x 107 Joule/jam.

B. Saran

Massa yang terbawa dalam aliran resin yang menuju ke PDS cukup

besar. Untuk mengetahui dan meminimalisir adanya panas yang hilang selama

reaksi berlangsung, maka perlu dipasang indicator pada PDS untuk

mengetahui massa gas yang ikut terbawa dalam aliran resin.


20

Ethylene

Butene - 1

N - Hexane

Nitrogen

Hidrogen

Ethane

Catalyst

TEAL

REAKTOR

Ethylene

Butene - 1

N - Hexane

Nitrogen

Hidrogen

Ethane

Resin

Laporan Tugas Khusus Neraca Massa, Neraca Panas, dan Instrumentasi pada Fluidized Bed ReaktorA. Perhitungan Neraca Massa di Reaktor

Reaksi yang terjadi di reaktor:

n(C2H4) (g) (-CH2-CH2)n (g) H= -880 J/kg produk polyethylene

Reaksi berlangsung secara steady state.

Persamaan Neraca Massa:

Input – Output + Generation – Comsumption = Accumulation

Steady State, Accumulation = 0

Input – Output + Generation – Comsumption = 0


21


Input– (Cycle Gas keluar + Vent Flow) – Resin yang seharusnya terbentuk = 0

Resin yang seharusnya terbentuk = (Input – (1.205,607+ 0,57)) kg/jam

= (30.807,437 – 1.206,177) kg/jam

= 29601,26 kg/jam

1. Massa yang terikut ke PDS

Massa yang terikut ke PDS = massa resin yang seharusnya terbentuk –

massa resin produksi

Massa yang terikut ke PDS = 29.601,26 kg/jam – 27.680 kg/jam

Massa yang terikut ke PDS = 1.921,26 kg/jam

Massa yang terikut ke berbentuk gas yang terbawa oleh produk

polyethylene menuju ke Product Discharge System (PDS). Gas yang tebawa

ke PDS cukup banyak, tetapi jumlahnya tidak dapat diketahui dengan pasti

karena tidak adanya indicator di dalam PDS.

2. Konversi Ethylene menjadi LLDPE

Konversi Ethylene= mol ethylenebereaksimol ethylenemula−mula

¿

( freshfeed ethylene+ethyleneCycle Gas )−( ethyleneCycleGas+ethylene vent flow )BM

ethylenefresh feed ethylene

BM ethylene

Konversi ethylene=0,99

% Konversi ethylene = 99,99 %

3. Yield

Yield=massa polimer terbentuktotal freshfeed

yield=27.680,4354228115.47

yield=0,98


22

∆HinREAKTOR

∆Hout

∆Hcooler

Q loss

Q reaksi


B. Perhitungan Neraca Panas di Reaktor

Kondisi Operasi Reaktor:

T input reaktor : 318 K

T output reaktor : 364,5 K

P reaktor : 24 kg/cm2

Basis : 1 jam

Referensi Cp:

Cp = A + BT + CT2 + DT3 + ET4; Cp (Joule/kmol.K); T (K)

Tabel 8 Nilai konstanta kapasitas panas untuk gas

Komponen A B C D E

C2H4 32,083 - 1,48E-2 2,48E-4 - 2,38E-7 6,83E-11

Butene-1 24,915 2,06E-1 5,98E-5 -1,42E-7 4,71E-11

n-hexane 25,924 4,19E-1 -1,25E-5 -1,59E-7 5,88E-11

N2 29,342 - 3,54E-3 1,01E-5 -4,31E-9 2,59E-13

H2 25,399 2,02E-2 -3,85E-5 6,19E-8 -7,51E-13

C2H6 28,146 4,34E-2 1,89E-4 -1,91E-7 5,33E-11

(Yaws)

Tabel 9 Nilai konstanta kapasitas panas untu k cairan


23


Kompone

n

A B C D

Butene-1 74,597 3,34E-1 -1,39E-3 3,02E-6

n-hexane 78,848 8,87E-1 -2,95E-3 4,2E-6

(Yaws)

Tabel 10 Nilai konstanta kapasitas panas untuk padatan

Komponen A B C

Catalyst (TiCl4) 51,686 3,43E+3 -1,83

Co-Catalyst (TEAL) 63,149 4,01E+3 -2,85

Resin Polyethylene -0,519 4,04E-2 -1,53E-4

(Yaws)

Persamaan Neraca Panas:

∆Hin - ∆Hout + ∆Hgeneration - ∆Hacc = 0

Sistem steady state, ∆Hacc = 0, persamaan di atas dapat dituliskan kembali:

(∆Hin + Qreaksi) – (∆Hout + ∆Hcooler + Q laten ICMO) – Q loss = 0

Tabel 1 1 Mol Komponen Masuk Reaktor

Komponen Massa (kg) BM (kg/kmol) Jumlah mol (kmol)

C2H4 26.299,629 28,054 937,464

Butene-1 (g) 2.970,000 56,108 52,934

Butene-1 (l) 330,000 56,108 5,882

n-hexane (g) 329,373 86,177 3,822

n-hexane (l) 300,403 86,177 3,486

N2 538,695 28,014 19,229

H2 5,580 2,016 2,768

C2H6 18,626 30,070 0,619

Catalyst (TiCl4) 9,200 113,980 0,008

Co-catalyst (TEAL) 5,930 189,680 0,031


24


Menghitung Mr Polimer

Derajat Polimerisasi = Cp Polimer : Cp Monomer

= 465416718,3 : 3143,150242

= 148073,3285

Mr Polimer = Derajat Polimerisasi . Mr monomer

= 148073,3285 . 28 g/mol

= 4146053,2

Tabel 1 2 Mol Komponen Keluar Reaktor

Komponen Massa (kg) BM (kg/kmol) Jumlah mol (kmol)

C2H4 369,804 28,054 13,182

Butene-1 (g) 249,010 56,108 4,438

n-hexane (g) 90,356 86,177 1,048

N2 475,220 28,014 16,964

H2 3,151 2,016 1,563

C2H6 18,635 30,070 0,619

Resin

Polyethylene 27.680,000 4.146.053,200 0,007


25

Tugas Khusus Nm Ne Instrumentasi

Documents

Transcript of Tugas Khusus Nm Ne Instrumentasi