tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013
description
Transcript of tugas khusus petrokimia gresik analisis konverter tyo-dimas 2013
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Konverter merupakan alat yang digunakan untuk mengkonversi SO2
menjadi SO3 pada pabrik asam sulfat. Konverter terdiri dari 4 bed. Pada bed I
sampai bed III merupakan konversi tingkat pertama, dan bed IV merupakan
konversi tingkat kedua. Konversi yang dihasilkan pada masing-masing bed
berbeda. Konversi akan meningkat pada setiap bed sampai pada bed IV yang
dapat memiliki konversi minimal 99,7%. Di dalam konverter terdapat katalis yaitu
vanadium pentaoksida (V2O5) yang berguna untuk mengarahkan reaksi. Kondisi
akif katalis V2O5 berkisar antara 420-440oC. Keaktifan katalis akan hilang pada
suhu 630oC-650oC sehingga diperlukan adanya pengontrolan suhu pada setiap bed
untuk menghindari kerusakan pada katalis.
Dalam pengoperasiaannya, terkadang suhu operasi aktual lebih rendah
dibandingkan suhu operasi desain. Misalnya dari data suhu tanggal 1 sampai 10
Agustus 2013 menunjukkan suhu aktual (615,1oC) lebih tinggi daripada suhu
desain (4611oC). Adanya perbedaaan ini, mendorong untuk dilakukannya evaluasi
kinerja konverter. Selanjutnya, akan diketahui perbaikan kondisi operasi (misal: T
dan P) atau komponen konverter ( misal:katalis).
1.2. Perumusan Masalah
Pada pembuatan asam sulfat dengan metode double contact double
absorber, gas SO3 terbentuk dengan sifat reaksi eksotermis/melepas kalor. Jika
suhu diturunkan maka keseimbangan akan bergeser ke arah reaksi eksotermis,
sehingga konversi yang dihasilkan akan lebih tingi. Namun reaksi eksotermis
akan melepas kalor sehingga suhu di dalam konverter akan menjadi tinggi. Hal ini
dapat berpengaruh terhadap konversi SO3 yang terbentuk dan kinerja dari
konverter, maka dari itu pengontrolan suhu sangat diperlukan untuk menjaga
konversi yang diinginkan.
Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 1
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
Kinerja konverter dapat dievaluasi berdasarkan atas parameter konversi
reaksi pada konverter tersebut, dengan memasukkan data data seperti :laju alir
udara kering masuk burner, kadar gas SO2 masuk konverter, suhu katalis di tiap
bed konverter, tekanan katalis di tiap bed konverter kemudian langkah pertama
yaitu menghitung komposisi gas masuk pada tiap bed konverter berdasarkan
stokiometri dan neraca massa dikonverter, selanjutnya menghitung konverter tiap
bed dengan menggunakan metode trial and error.
1.3. Tujuan
Tujuan Umum :
Mengevaluasi kinerja konverter di pabrik asam sulfat II Departemen
Produksi III dengan menggunakan parameter konversi SO2 menjadi SO3 .
Tujuan Khusus :
1. Membandingkan konversi aktual dengan konversi desain
2. Mengetahui permasalahan yang sering dihadapi dalam plant asam
sulfat.
1.4. Manfaat
Hasil evaluasi kinerja konverter ini dapat digunakan sebagai dasar untuk
membuat rekomendasi meningkatkan kinerja konverter.
Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 2
Heat Exchanger
Heat Exchanger
Absorber I
Absorber II
611oC
430oC
440oC 521oC
430oC 450oC
420oC
440oC
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Konverter
Konverter merupakan salah satu unit alat yang digunakan untuk
memproduksi asam sulfat di PT Petrokimia Gresik. Pada pabrikAsamSulfat II
Departemen Produksi III digunakan konverter yang terdiri dari 4 bed. Katalis
yang digunakan adalah Vanadium Pentaoksida (V2O5). Proses yang digunakan
adalah double contact double adsorber.
Gambar 2.1 Konverter 4 bed pada pabrik asam sulfat PT Petrokimia Gresik
Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 3
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
Konverter terdiri dari 4 bed, tiga bed merupakan konversi tingkat pertama
dan bed yang keempat merupakan konversi tingkat kedua. Proses gas yang
mengandung gas SO2 dengan suhu 430°C masuk ke konverter bed I. Sekitar enam
puluh persen dari gas SO2 diubah menjadi gas SO3 dengan reaksi sebagai berikut:
SO2 + ½ O2 SO3 + Q ....... ............................................(1)
Reaksi (1) merupakan reaksi eksotermis dapat balik dengan melepaskan kalor
sebesar 23,49 x 103 Kcal/kg.mol.
Gas keluaran bed I yang mengandung gas SO3 dengan suhu 610°C masuk ke
heat exchanger I dimana panasnya diberikan kepada gas yang akan masuk ke bed
IV, kemudian gas dari bed I masuk ke bed II dengan suhu 440°C dan akan terjadi
konversi selanjutnya. Gas keluaran II suhunya 520°C masuk ke heat exchanger II
kemudian gas dengan suhu 430°C masuk ke bed III, di heat exchanger gas yang
sudah dikonversi memberikan panasnya kepada gas yang masuk bed IV. Gas
keluaran bed III yang banyak mengandung gas SO3 dengan suhu 450°C masuk ke
economizer I dimana gas tersebut didinginkan menjadi 220°C sebelum masuk ke
menara absorber I.
Setelah gas SO3 diserap dengan H2SO4 di menara absorber, sisa gas dengan
suhu 80°C melalui demister dipisahkan secara paralel kemudian masuk ke pipa
heat exchanger I dan II, kemudian menjadi satu sebelum masuk bed IV. Gas
sebelum masuk ke bed IV dipanaskan di heat exchanger I dan menjadi 420°C.
Gas keluaran bed IV dengan suhu 440°C masuk ke economizer II, dimana
gas tersebut didinginkan menjadi 190°C sebelum masuk menara absorber II.
Untuk mencegah kemungkinan kondensasi dari gas keluaran menara absorber I
maka dilengkapi tracking yang dipasang pada saluran gas antara menara absorber
I dan heat exchanger II.
Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 4
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
2.2. Kinetika Reaksi
Kesetimbangan reaksi tergantung dari suhu, tekanan total dan konsentrasi
reaktan. Konstanta kesetimbangan untuk reaksi ini dihitung dari tekanan parsiil
masing-masing gas sebagai berikut :
Kp=p( SO3 )
p( SO2 ) . p(O2 )0,5
................................................................................ (2)
Hubungan antara Kp dan suhu menurut Bodenstein dan Pohl adalah sebagai
berikut :
Log Kp = 5186,5/T + 0,611 log T – 6,75 ............................................................(3)
Konversi yang dicapai pada proses double contact double absorber lebih
baik dibandingkan proses single contact. Pada proses single contact konversi
maksimum yang dicapai dengan 4 bed katalis adalah 97,5 – 98 % tergantung dari
komposisi gas yang masuk. Sedangkan pada proses double contact double
absorber bisa mencapai lebih dari 99,7%.
Di PT Petrokimia Gresik digunakan konverter dengan susunan (3+1). Gas
reaktan mula-mula masuk reaktor bed I, gas keluaran dari bed I masuk ke bed II
dan seterusnya sampai bed ke III, di antara bed selalu dilakukan pendinginan dan
sebelum masuk ke bed IV, gas dari bed III dilewatkan absorber I untuk diserap
SO3-nya. Dalam hal ini digunakan H2SO4 98,5% sebagi penyerap. Diharapkan
SO3 akan terikat oleh air yang terkandung dalam asam sulfat. Dalam hal ini tidak
digunakan H2O murni sebagai penyerap karena panas pelarutan SO3 dalam H2O
lebih tinggi sehingga sebagian H2O teruapkan dan membawa molekul H2SO4 serta
menimbulkan kabut yang sulit dipindahkan sehingga absorbsi tidak sempurna.
Gas SO2 keluaran dari absorber I diumpankan ke bed IV untuk mengkonversi
SO2sisa menjadi SO3. Dari bed IV gas masuk absorber II untuk penyerapan gas
SO3. Dengan proses ini diharapkan gas buang sudah bebas dari gas SO3.
2.3. Pengaturan Kondisi Operasi
Pengontrolan suhu dari tiap-tiap bed dan mempertahankan konsentrasi gas
SO2 yang dikehendaki dalam gas yang akan dihasilkan dalam konverter
merupakan proses operasi yang paling utama. Kenaikan suhu ini tidak boleh lebih
Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 5
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
dari 620°C untuk keluaran bed I, tujuannya untuk menghindarkan kerusakan
katalis dan peralatan lain di dalam konverter. Suhu keluaran ini dapat diatur
dengan mengurangi suhu masukan di bed I. Hal tersebut dapat dikontrol dengan
menutup atau membuka alat pengatur panas. Suhu gas panas yang keluar di sisi
lain, akan ikut terpengaruh sebab terjadi kelainan pressure drop di dalam heat
exchanger tersebut.
Pada proses pembuatan H2SO4 terutama pada proses yang terjadi dalam unit
konverter sangat diperlukan alat penukar panas, karena proses konversi SO2
menjadi SO3 merupakan reaksi eksotermis. Reaksi eksotermis inilah yang akan
menyebabkan suhu keluaran pada tiap bed akan meningkat sehingga diperlukan
alat penukar panas untuk mendinginkan suhu keluaran bed tersebut sehingga sama
dengan kondisi operasi pada bed berikutnya.
Pengaturan suhu dilakukan dengan memasang alat penukar panas Heat
Exchanger dan Economizer. Heat Exchanger digunakan untuk mendinginkan SO2
dan SO3 keluaran bed I dan II, sedangkan Economizer digunakan untuk
mendinginkan gas SO3 keluaran bed III dan bed IV. Tipe dari alat penukar panas
tersebut adalah tipe shell and tube, dimana gas SO3 yang akan didinginkan melalui
shell side, sedangkan pendingin yang digunakan melalui tube side. HE Shell and
tube ini biasanya menggunakan pipa baja yang mengandung unsur logam Fe
sehingga dapat mengakibatkan korosi jika bereaksi dengan gas SO2 dan SO3,
walaupun proses ini terjadi secara perlahan tetapi akan tetap menurunkan kinerja
alat penukar panas tersebut.
Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 6
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
BAB III
METODOLOGI
3.1. Cara Memperoleh Data
Data primer yang diperoleh dari Central Control Room Pabrik Asam Sulfat
II Departemen Produksi III PT Petrokimia Gresik pada tanggal 1-10 September
2013 antara lain :
1. Laju alir udara kering masuk burner
2. Kadar gas SO2 masuk konverter
3. Suhu katalis di tiap bed konverter
4. Tekanan katalis di tiap bed konverter
3.2. Cara Pengolahan Data
Dari data yang diperoleh dilakukan langkah-langkah pengolahan data
sebagai berikut :
1. Menghitung komposisi gas masuk pada tiap bed konverter berdasarkan
stoikiometri reaksi dan neraca massa di konverter.
Langkah kerja :
Menuliskan reaksi yang terjadi dan kondisi stoikiometri reaksi
SO2 + ½ O2 SO3
Awal a b c
Reaksi ax ½ ax ax
Setimbang a(1-x) b-½ ax c + ax
Untuk SO2 masuk konverter dari bed I sudah diketahui prosentasenya dari
data yang terdapat di laboratorium, kemudian dari data tersebut kita dapat
menghitung jumlah mol dari SO2 dengan rumus sebagai berikut
S + O2 SO2
Mula-mula L F -
Reaksi L L L
Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 7
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
Sisa - F-L L
Misalnya :
SO2 inlet konverter = L kmol
O2 yang bereaksi di furnace (burner) = L mol
O2 sisa keluar furnace = M kmol
= F-L kmol
N2 inlet yang terikut dalam udara burner = N kmol
Maka :
% SO2 inlet konverter =
nSO2
nSO2+nO2+nN 2
= L
L+M +N
Sehingga akan didapat nilai L
Setelah nilai L didapat, dari kondisi stoikiometri kita dapat
menghitung komposisi gas masuk bed I pada konverter.
Nilai L pada bed II, III, IV dapat kita hitung dari persamaan
keseimbangan reaksi pembentukan SO3 yang merupakan fungsi
temperatur dan konversi. Perhitungan selengkapnya dapat dilihat
pada no.2. Setelah didapatkan nilai L tersebut kita dapat
menghitung komposisi gas masuk bed II, III, dan IV pada
konverter.
2. Menghitung konversi tiap bed dengan metode trial and error
Langkah kerja :
Rumus yang digunakan adalah rumus yang dikemukakan oleh
Bodenstein dan Pohl, sebagai berikut :
Log Kp = 5186,5/T + 0,611 log T – 6,7497 = f(x)
Dengan Kp = Konstanta kesetimbangan gas
T = Suhu keluar bed, °K
f(x) disusun berdasarkan konsentrasi masing-masing reaktan dalam
keadaan keseimbangan.
Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 8
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
Keadaan keseimbangan dapat dinyatakan dengan Kp yang disusn
sebagai berikut :
SO2 + ½ O2 SO3
Awal a b c
Reaksi ax ½ ax ax
Setimbang a(1-x) b-½ ax c + ax
SO2 = a-ax = A
O2 = b-½ ax = B
SO3 = c + ax = C
N2 = d = D
Total = a-ax + b-½ ax + c + ax + d = E
= a + b + c + d -½ ax = E
Kp=(C
ExPabs)
( AE
xPabs)( BE
xPabs)1/2
Kp=( C
A )( B
ExPabs)
1/2
Dari temperatur masing-masing bed, diperoleh nilai Kp masing-
masingbed kemudian dengan metode trial and error dapat kita
hitung konversi (x) masing-masing bed.
Analisa data hasil :
Data yang kita peroleh adalah jumlah SO3 outlet pada tiap bed,
kemudian kita bandingkan dengan jumlah SO2 inlet, sehingga kita
dapat menghitung konversi overall pada konverter.
Menghitung Konversi Overall
Bed I =
SO 2 inletkonverter−SO2 outletISO2 inletkonverter
x 100 %=xI %
Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 9
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
Bed II =
SO2 inletkonverter−SO2outletIISO2 inletkonverter
x100 %=xII %
Bed III =
SO 2 inletkonverter−SO2 outletIIISO2 inletkonverter
x100 %=xIII %
Bed IV=
SO2 inletkonverter−SO2 outletIVSO2 inletkonverter
x 100 %=xIV %
Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 10
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil.
Tabel 4.1. Hasil Pengukuran dan Perhitungan Konversi dan Suhu di Konverter.
Bed Suhu Bed
Aktual 0C
Suhu
BedDesign0C
Konversi
Aktual (%)
Konversi
Design (%)
I 615,1 611 69,5 60
II 532,6 521 88,34 87
III 466,8 451 96,33 94
IV 429,1 441 99,94 99,73
4.2. Pembahasan
4.2.1 Pengaruh Suhuterhadap Nilai Keseimbangan dan Konversi Reaksi
400 450 500 550 600 6500
50
100
150
200
250
Suhu (K)
KP
Gambar 4.1 Pengaruh suhu (K) terhadap nilai keseimbangan (Kp)
Pada gambar 4.1,terlihat hubungan suhu dengan harga Kp yang
menunjukkan bahwa semakin rendah suhu maka harga Kp yang dihasilkan
semakin tinggi. Nilai Kp diperoleh menggunakan persamaan Bodenstein dan
Pohl: Log Kp = 5186,5/T + 0,611 log T – 6,75 . Harga konstanta keseimbangan
reaksi ini berpengaruh pada kesetimbangan reaksi, dimana reaksinya:
Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 11
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
SO2 + ½ O2 SO3+ Q , yang mana untuk konstanta kesetimbangan (Kp)
dapat di tunjukkan dengan persaman:Kp=
p( SO3 )
p( SO2 ) . p(O2 )0,5
, sehingga dapat
disimpulkan pada reaksi eksotermis jika suhu rendah maka reaksi akan bergeser
ke arah eksotermis dan menyebabkan produksi SO3 meningkat. Pada bed 1,
menunjukkan bahwa suhu aktual lebih rendah dari pada desain, sehingga
menghasilkan harga Kp yang tinggi dibandingkan harga Kp desain, begitu juga
pada bed 2, bed 3, dan bed 4.
400 450 500 550 600 6500
102030405060708090
100
Suhu (K)
Konv
ersi
(%)
Gambar 4.2 Pengaruh suhu (K) terhadap konversi
Pada gambar 4.2 menunjukkan bahwa semakin rendah suhu reaksi konversi yang
dihasilkan semakin tinggi. Konversi tersebut diperoleh dari nilai :
Log Kp = 5186,5/T + 0,611 log T – 6,75 masing-masing bed. Detail metoda
perhitungan ini dapat dilihat pada bab III ( metodologi ).
4.2.2Analisa Hasil
Tabel 4.1 menunjukkan bahwa suhu aktual lebih tinggi dibandingkan
dengan suhu desain. Hal ini dimaksudkan agar konversi reaksi lebih tinggi, namun
demikian laju reaksi akan lebih rendah. Karena sesuai hukum arhenius, semakin
tinggi suhu, laju reaksi semakin tinggi.
Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 12
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
4.2.3 Permasalahan dalam Plant Asam Sulfat
1. Ketika tempatur keluar pada reaktor bed III melebihi 350 0C naikkan laju alir udara kering yang dialirkan ke bed IV dan ketika temperatur keluar bed III dan IV mencapai 400 0C hentikan pembakaran (hal 44).
2. Apabila temperatur setiap bed mengalami kenaikan sebagai fungsi konversi SO2 menjadi SO3. Pada kondisi normal bed 1 mengalami kenaikan tertinggi. Kenaikan temperatur harus dibatasi tak lebih dari 6200 C pada temperatur keluar bed 1. Hal ini untuk menghindari kerusakan katalis dan dan peralatan. Temperatur keluar reaktor dapat di kontrol dengan menurunkan temperatur gas masuk konverter. Hal ini dapat juga dikontrol dengan menutup damper atau dengan membuka damper 400 VYH70 A pada saluran udara kering 400-AA(H)-A3-1041.
3. Temperatur masuk bed 2, 3, dan 4 dapat dikontrol dengan mengatur cold bypass damper pada HE 1 dan 2 (E1201 dan E1202).
4. Ketika salah satu cold bypass damper melewati HE yang dioperasikan pada temperatur kontrol gas panas keluar. Temperatur gas panas keluar pada sisi lain akan mengalami fluktuasi karena ketidaksamaan pressure drop. Ketika salah satu bypass dibuka yang lainnya juga akan sedikit terbuka.
5. Kenaikan pressureloss yang memasuki bed katalis mengindikasikan bertambahnya debu atau material lain yang terbawa.
6. Ketika tube econimizer dalam keadaan bersih, temperatur keluar economizer akan dibawah standar valve, gunakan boiler feed water bypass –BW(H)-B31004)
Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 13
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Suhu aktual lebih tinggi dibandingkan suhu desain.
2. Konversi aktual lebih tinggi dibandingkan konversi desain.
5.2 Saran
Perlu dilakukan penggantian katalis pada jangka waktu tertentu agar
kinerja konverter dapat dipertahankan.
Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 14
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
DAFTAR PUSTAKA
Geankoplis, J. C, and Bacon, 1983, “ Transport and Unit Operation”, 2nd edition,
The Ohio University, Inc, Tokyo.
Kern, D.Q., 1950, “ProcessHeat Transfer”, McGraw-HillKogakhusa Ltd, Tokyo.
Perry, RH, and Green DW, 1997, “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook”, 7
thedition USA MC Graw Hill Book Co, New York.
Ulrich, G.D,1984, “A Guideto Chemical
EngineeringProcessDesignandEconomical”, 1st ed., John Wileyand Sons,
New York.
Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Diponegoro 15
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
LAMPIRAN PERHITUNGAN
PERHITUNGAN NERACA MASSA KONVERTER (R-1201)
Air umpan boiler
Sulfur cair
Steam
Udara
Data yang diperoleh dari lapangan pada tanggal 1-10Agustus 2013 :tgl
(Agst)
SO2 in (%) Laju alir udara
kering
(Nm3/jam)
T bed I
(°C)
T bed
II (°C)
T
bed
III
(°C)
T bed
IV (°C)
P bed I
(bar)
P bed
II (bar)
P bed
III(bar)
P bed
IV(bar)
1 9.27 179000 613 531 472 433 0,3398 0,2718 0,2185 0,1026
2 9.27 153000 610 531 465 426 0,2745 0,2185 0,1798 0,0799
3 9.21 117000 617 531 462 429 0,1918 0,1586 0,1305 0,5730
4 9.14 117000 618 532 464 429 0,1905 0,1572 0,1212 0,5596
5 9.32 115000 616 529 461 428 0,1905 0,1545 0,1212 0,5596
6 9.02 133000 617 534 467 431 0,2239 0,1839 0,1492 0,0666
7 9.32 164000 614 533 468 428 0,2998 0,2358 0,1958 0,0892
8 9.03 164000 613 531 464 425 0,2998 0,2411 0,1985 0,0919
9 9.32 174000 618 538 474 432 0,3251 0,2625 0,2132 0,0999
10 9.14 174000 615 536 471 430 0,3251 0,2625 0,2132 0,0999
Data rata-rata selama tanggal1-10Agustus 2013 :
Perhitungan Aktual
Laju alir udara kering masuk burner = 149000Nm3/jam
Konsentrasi SO2 masuk konverter = 9,204% volume
Suhu katalis dalam bed :
Bed I 615,1°C
Pembentukan SO2
Pembentukan SO3
Pengeringanudara&penyerapan SO3
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
Bed II 532,6°C
Bed III 466,8°C
Bed IV 429,1°C
Basis 1 jam operasi
Reaksi S (l) + O2(g) SO2(g)
SO2(g) + ½ O2(g) SO3(g)
SO3(g) + H2O(l) H2SO4(l)
Udara masuk = 149000Nm3
Flow = 149000Nm3 x
1kmol22 , 4 Nm3
= 6651,785 Kmol
Udara masuk :
N2 = 0,79 x 6651,785 kmol = 5254,91 Kmol
O2 = 0,21 x 6651,785 kmol = 1396,87 Kmol
SO2 masuk konverter = 9,204% volume
Sulfur (S)
SO2
Udara kering O2, N2
(O2, N2)
S + O2 SO2
Mula-mula x1396,87-
Reaksi x x x
Sisa - 1396,87-x x
Misal :
SO2 inlet konverter = x Kmol
O2 sisa keluar furnace = (1396,87– x) Kmol
Maka :
Sulfur burner (pembentukan SO2)
Konverter
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
0,09204 =
nSO 2
nSO2+nO2+nN 2
=
xx+(1396,87 −x )+5254,91
Sehingga
x = 612,23 kmol
jadi komposisi gas
SO2 = 612,23 Kmol
O2 = 1396,87 – 612,23 = 784,64 Kmol
N2 = 5254,91 Kmol
Perhitungan konversi tiap bed
Bed I
Inlet bed I
SO2 = 612,23 Kmol
O2 = 784,64 Kmol
SO3 = 0 (belum terbentuk SO3)
N2 = 5254,91 Kmol
Suhu katalis = (615,0C + 273) = 888,1 °K
Log Kp = 5186 , 5
T+0 , 611 LogT−6 ,7497
=
5186 , 5888,1
+0 , 611 Log 888,1−6 ,7497
= 5,839 + 1,801 – 6,7497
= 0,8903
Kp = 7,767
SO2 + ½ O2 SO3
Awal a b c
Reaksi ax ½ ax ax
Setimbang a(1-x) b-½ ax c + ax
Misalkan pada saat kesetimbangan tercapai
SO3 terbentuk = c + ax C
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
SO2 sisa = a(1-x) A
O2 sisa = b-½ ax B
N2 = d D
Total = a + b + c + d - ½ ax E
Kp =
( pSO3 )
( pSO2 )( pO2)1/2
=
( c+axa+b+c+d−1 /2 ax ) xPabs
( a−axa+b+c+d−1/2 ax
xPabs)( b−1/2axa+b+c+d−1 /2 ax
xPabs)1/2
=
( c+axa (1− x ) )
( b−1/2 axa+b+c+d−1/2ax )
1/2x (Pabs )1 /2
x = 0,695
outlet Bed I
SO2 = a(1-x)
612,23 (1-0,695) = 186,73 Kmol
O2 = b-1/2ax
784,64 – ½ (612,23) (0,695) = 489,24 Kmol
SO3 = 0 + (612,23) (0,695) = 425,49 Kmol
N2 = 5254,91 Kmol
Bed II
Inlet Bed II
SO2 = 186,73 Kmol
O2 = 489,24 Kmol
SO3 = 425,49 Kmol
N2 = 5254,91 Kmol
Suhu katalis
Suhu katalis = (532,6°C + 273) = 805,6 °K
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
Log Kp = 5186 , 5
T+0 , 611 LogT−6 ,7497
=
5186 ,5805 , 6
+0 ,611 Log 805 ,6−6 ,7497
= 1,461
Kp = 28,9
SO2 + ½ O2 SO3
Awal a b c
Reaksi ax ½ ax ax
Setimbang a(1-x) b-½ ax c + ax
Misalkan pada saat kesetimbangan tercapai
SO2 sisa = a(1-x) A
O2 sisa = b-½ ax B
SO3 terbentuk = c + ax C
N2 = d D
Total = a + b + c + d - ½ ax E
Kp =
( pSO3 )
( pSO2 )( pO2)1/2
28,9 =
( c+axa+b+c+d−1 /2 ax ) xPabs
( a−axa+b+c+d−1/2 ax
xPabs)( b−1/2axa+b+c+d−1 /2 ax
xPabs)1/2
=
( c+axa (1− x ) )
( b−1/2 axa+b+c+d−1/2ax )
1/2x (Pabs )1 /2
x = 0,618
outlet :
SO2 = a(1-x)
186,73 (1-0,618) = 71,33 Kmol
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
O2 = b-1/2ax
489,24– ½ (186,73) (0,618) = 431,54 Kmol
SO3 = 425,49+ (186,73) (0,618) = 540,89 Kmol
N2 = 5254,91 Kmol
Bed III
Inlet bed III
SO2 = 71,33 Kmol
O2 = 431,54 Kmol
SO3 = 540,89 Kmol
N2 = 5254,91 Kmol
Suhu katalis = (466,8°C + 273) = 739,8 °K
Log Kp = 5186 , 5
T+0 , 611 LogT−6 ,7497
=
5186 ,5739 ,8
+0 , 611 Log 739 ,8−6 ,7497
= 2,014
Kp = 103,27
Kp =
( pSO 3 )
( pSO2 )( pO2)1/2
103,27 =
( c+axa+b+c+d−1 /2 ax ) xPabs
( a−axa+b+c+d−1/2 ax
xPabs)( b−1/2axa+b+c+d−1 /2 ax
xPabs)1/2
=
( c+axa (1− x ) )
( b−1/2 axa+b+c+d−1/2ax )
1/2x (Pabs )1 /2
Dengan trial and error diperoleh
x = 0,6856
outlet :
SO2 = a(1-x)
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
71,33(1-0,6856) = 22,426 Kmol
O2 = b-1/2ax
431 – ½ (71,33) (0,6856) = 406,548 Kmol
SO3 = 540,89 + (71,33) (0,6856) = 589,793 Kmol
N2 = 5254,91 Kmol
Efisiensi Absorber I = 99,9 %
Bed IV
Inlet bed IV
SO2 = 22,426 Kmol
O2 = 406,548 Kmol
SO3 = 589,793(0,1%) = 0,589 Kmol
N2 = 5254,91 Kmol
Suhu katalis = (429,1°C + 273) = 702,1 °K
Log Kp = 5186 , 5
T+0 , 611 LogT−6 ,7497
=
5186 , 5702 ,1
+0 , 611 Log 702,1−6 ,7497
= 2,376
Kp = 237,99
Kp =
( pSO 3 )
( pSO2 )( pO2)1/2
237,99 =
( c+axa+b+c+d−1 /2 ax ) xPabs
( a−axa+b+c+d−1/2 ax
xPabs)( b−1/2axa+b+c+d−1 /2 ax
xPabs)1/2
=
( c+axa (1− x ) )
( b−1/2 axa+b+c+d−1/2ax )
1/2x (Pabs )1 /2
Dengan trial and error diperoleh
x = 0,9839
Laporan Tugas KhususDept Candal III, PT. Petrokimia Gresik,2013
outlet :
SO2 = a(1-x)
22,426 (1-0,9839) = 0,361Kmol
O2 = b-1/2ax
406,548 – ½ (22,426) (0,9839) = 395,515 Kmol
SO3 = 0,589 + (22,426) (0,9839) = 22,654 Kmol
N2 = 5254,91 Kmol
Konversi overall :
Bed X =
SO2 inletkonverter−SO2outletXSO2 inletkonverter
x100 %=x %
Bed I =
612 , 23−186 , 73612 , 23
x100 %=69 , 5 %
Bed II =
612 , 23−71 ,33612 , 23
x 100 %=88 , 34 %
Bed III =
612 ,23−22 , 426612 ,23
x100 %=96 , 33 %
Bed IV=
612 ,23−0 ,361612 ,23
x100 %=99 ,94 %