Cara Menghitung Laju Alir Gas Recycle pada Sistem Reaktor Amoniak

Dalam reaktor, aliran recycle menjadi penting untuk mencapai konversi reaksi yang diinginkan. 

Pabrik Kaltim 5 Pupuk Kaltim

Nah kali ini kita akan mencoba menghitung laju aliran gas recycle pada reaktor amoniak dengan variabel - variabel yang sudah ditentukan sebagai berikut:

Laju alir gas umpan reaktor = 100000 Nm3/jam

Komposisi gas umpan reaktor =

Hidrogen = 65%mol

Nitrogen = 25%mol

Metana = 5%mol

Argon = 5%mol

Reaktan pembatas di reaktor adalah Hidrogen dengan konversi 100% pada umpan. Sedangkan konversi keseluruhan pada reaktor hanya 20%. Komposisi pada gas recycle adalah 70%mol Hidrogen dan 30%mol Nitrogen.

Gas Metana, Argon, dan sebagian Nitrogen akan dikeluarkan dari sistem melalui purge gas.

Berapakah laju alir gas recyclenya?

Kita asumsikan diagram alirnya sebagai berikut =

Diagram Alir Reaktor Amoniak

Pertama - tama kita konversi dulu satuan Nm3/jam menjadi Stdm3/jam dengan cara memadankan dengan persamaan gas ideal PV =nRT. Asumsikan P sama dan T Normal 293,15K dan T Standar 273,15. Maka =

VStd = VN x (TStd/TN)

Maka didapatkan VStdm3 = 93177,55

Setelah itu, volume standard dibagi dengan ketetapan mol dalam keadaan standard

n = VStd / 0,022414 Stdm3/mol

Maka didapatkan jumlah mol 4157114,043 mol/jam

Kemudian tentukan mol masing - masing komponen pada gas umpan reaktor dengan mengalikan mol total dengan persentase molnya masing - masing.

Komponen	Komposisi Feed	Mol Flow
H2	65%	2702124,13	mol/h
N2	25%	1039278,51	mol/h
CH4	5%	207855,70	mol/h
Ar	5%	207855,70	mol/h

Kemudian asumsikan jumlah gas recycle

Asumsi Recycle = 15438234,17 mol/jam

Tentukan masing masing mol komponen pada gas recycle dengan mengalikan dengan persentase molnya masing - masing.

Komponen	Komposisi Recycle	Mol Flow
H2	70%	10806763,92	mol/h
N2	30%	4631470,25	mol/h

Kemudian menghitung reaksi pada reaktor:

Pada soal dijelaskan konversi keseluruhan adalah 20% pada reaktan pembatas, sedangkan 100% pada umpan. Artinya, reaktan pembatan pada umpan diasumsikan habis bereaksi. maka reaksi stokiometrinya adalah:

Fasa mula - mula jumlah mol reaktan adalah = mol gas umpan + mol gas recycle

Maka komponen keluar reaktor adalah

Lalu kita asumsikan Nitrogen yang terbuang sebagai purge gas

N2 Purge = 139032,49 mol/jam

Dah pada langkah ini kita asumsikan semua gas metana dan argon terbuang di purge gas pula.

Dan asumsikan semua gas amoniak yang terbentuk terpisah menuju aliran produuk. Yang tersisa adalah aliran sisa reaktan yang merupakan gas hidrogen dan nitrogen yang akan bergabung kembali dengan gas umpan reaktor menjadi recycle. Maka gas sisa reaktannya adalah:

Sisa reaktan yang direcycle			Komposisi
H2	10807110,44	mol/h	70%
N2	4631123,73	mol/h	30%
Total Sisa Reaktan	15438234,17	mol/h

Selanjutnya adalah menyocokkan asumsi gas recycle dengan sisa reaktan yang di recycle.

Asumsi Recycle	15438234,17
Total Sisa Reaktan	15438234,17
Selisih	0,00	cocok

Selisih keduanya haruslah 0, jika tidak nol maka ubah asumsi gas recycle. Hal ini dapat dilakukan dengan iterasi atau dengan fitur goal seek pada excell.

Kemudian cek neraca masa masuk dan keluarnya. Masa masuk dari sistem reaktor adalah gas umpan reaktor dan masa keluar sistem reaktor adalah gas purge dan produk amoniak. Kalikan mol masing masing komponen tersebut dengan masa relatifnya, didapatkan masing - masing masa alirnya:

Cek selisih antara masa masuk dan masa keluar.  Selisih harus 0, jika tidak 0 maka lakukan iterasi dengan mengubah asumsi N2 purge. Dengan mengubah hal ini maka kemungkinan hasil selisih gas recycle tidak nol. Maka dua langkah ini haruslah dilakukan terus menerus sampai kedua selisih menjadi nol.

Jika dua langkah terakhir ini masing - masing selisihnya adalah nol. Maka kita bisa menentukan laju alir gas recyclenya =

346032,58 StdM3/jam

Nah itulah salah satu cara menghitung gas recycle dapa sistem reaktor amoniak. Tentunya banyak cara lain dengan pendekatan yang lain. Semoga bermanfaat!

Tweet

Subscribe to receive free email updates: