Tugas reaktor non isothermal

Free Powerpoint TemplatesPage 1

TEKNIK REAKSI KIMIA II

Dosen: Prof. Dr.Ir. Slamet, MT

Anggota Kelompok :

Annisa Yulian (1006706132)

Dina Isholawati (1106139203)

Fariz Danupraja (1006706201)

Puspa Sari Pratiwi (1106139664)

http://www.powerpointstyles.com/


Soal P8.4C

The following is an excerpt from The Morning News,

Wilmington, Delaware (August 3, 1977): "Investigators sift

through the debris from blast in quest for the cause [that

destroyed the new nitrous oxide plant]. A company

spokesman said it appears more likely that the [fatal]

blast was caused by another gas-ammonium nitrate-used

to produce nitrous oxide." An 83% (wt) ammonium nitrate

and 17% water solution is fed at 200 F to the CSTR

operated at a temperature of about 510 F. Molten

ammonium nitrate decomposes directly to produce

gaseous nitrous oxide and steam. It is believed that

pressure fluctuations were observed in the system and as

a result the molten ammonium nitrate feed to the reactor

may have been shut off approximately 4 min prior to the

explosion.



Question :

a. Can you explain the cause of the blast? [Hint:

See P9-3 page 574 and Equation (8-75).]

b. If the feed rate to the reactor just before shut

off was 310 lb of solution per hour, what was the

exact temperature in the reactor just prior to

shutdown?

c. How would you start up or shut down and

control such a reaction?

d. What do you learn when you apply the

runaway reaction criteria?

e. Explore this problem and describe what you

find. (For example, can you plot a form of R(T)

versus G(T)?

Note : Assume that at the time the feed to the CSTR

stopped, there was 500 lb of ammonium nitrate in the

reactor. The conversion in the reactor is virtually

complete at about 99.99%.



• Diketahui :

W adalah massa dari ammonium nitrate di cstr (lb) dan

nilai k sebagai berikut :

Δ HoRx= 336 Btu/lb ammonium nitrate at 500 F (constant)

Cp = 0.38 Btu/lb ammonium nitrate. F

Cp= 0.47 Btu/lb of steam. F

-rA V = kCAV = k (M/V) V = k M (lb/h)

Nilai Enthalphy dari air dan steam adalah

Hw (200oF) = 168 Btu/lb

Hg (200oF) = 1202 Btu/lb



A 2B + C

Gambaran proses yang terjadi :



Air pada feed digunakan untuk menyerap kalor dari reaksi. Air ini akan

menjaga agar temperatur reaktor dapat dikendalikan.

Reaktor yang digunakan diasumsikan sebagai reaktor adiabatis dan umpan

yang digunakan adalah campuran ammonium nitrat 83% dan air 17%.

Air memiliki kalor laten yang relatif besar sehingga kalor yang dilepaskan

dari reaksi dapat diserap oleh air yang mengakibatkan temperaturnya

menjadi meningkat dan berubah menjadi steam

Pada kasus di atas dijelaskan bahwa reaktor dishut off akibat adanya

fluktuasi tekanan yang disebabkan fluktuasi suhu dalam reaktor.

runaway reaction terjadi ketika panas yang dilepaskan oleh reaksi melebihi

panas yang hilang sehingga temperatur dan tekanan akan meningkat dan

menyebabkan ledakan.

Keterangan



Perhitungan Sebelum Reaktor di Shut Off

Langkah penyelesaian:

1. Mencari



(Adiabatis, UA = 0)

Berdasarkan soal diketahui bahwa:

R = 1.987 Btu/lbmoloR



A1 = 2.624 x 1019





(tidak memenuhi persamaan 8-75)

Dari hasil diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa :

1. Reaktor tidak akan meledak hal ini dikarenakan tidak

memenuhi persamaan 8-75

2. Menunjukkan aliran umpan yang masih masuk ke dalam

reaktor tidak akan menyebabkan run away reaction dan

sistem masih dalam keadaan stabil

3. Pengaruh temperatur pada kondisi sebelum shut off

(reaksi normal dan pada keadaan upper steady state

karena konversinya besar) tidak menimbulkan adanya

ledakan.



Perhitungan Setelah Reaktor di Shut Off

Langkah penyelesaian:

1.Mencari κ

Berdasarkan soal diketahui bahwa sebelum terjadi ledakan, tersisa

waktu tinggal selama 4 menit, maka τ = 1/15 jam.

maka persamaannya:

149.985

2. Mencari Tc



3. Mencari T*

4. Mencari S*



5. Menghitung

Berdasarkan soal diketahui bahwa stelah shut off

tidak ada aliran umpan yang masuk, maka persamaan

menjadi:

(memenuhi persamaan 8-75)



Berdasarkan hasil perhitungan diatas dapat diambil

kesimpulan bahwa :

1. Run away reaction terpenuhi yang berarti reaktor

meledak dan penyebab dari ledakan berasal dari

shut off yang terjadi bukan dari kondisi operasi yang

dijalankan.

2. Masukan air yang terhenti ini akan menyebabkan air

menguap seluruhnya, sehingga kalor laten sudah

tidak berpengaruh dan menyebabkan adanya kalor

sensible, kalor sensible ini akan menyebabkan

peningkatan temperatur.

3. Terjadinya ledakan diakibatkan oleh berhentinya laju

alir air ke dalam reaktor yang mengakibatkan tidak

adanya media penyerap panas reaksi yang dihasilkan

karena masih adanya reaksi dekomposisi ammonium

nitrat di dalam reaktor.



b. If the feed rate to the reactor just before shut off was 310 lb of

solution per hour, what was the exact temperature in the reactor

just prior to shutdown?

Langkah-Langkah :



6. Menghitung E/R dengan membandingkan persamaan

Arrhenius dengan nilai k berdasarkan informasi tambahan pada

soal :



7. Menghitung nilai A1:

8. Menghitung temperatur reaktor sebelum shut off:

Berdasarkan informasi tambahan yang ada pada

soal, diketahui bahwa persamaan laju reaksi:



Persamaan disederhanakan menjadi:

(257.3 (0.9999)

(500) = 257.27

(1.96 x 10-20)

T = 951.05 Renkin

T = 521.05 oF

ln (1.96 x 10-20)

- 45.38

Temperatur reaktor sesaat sebelum shut off adalah

sebesar T = 521.05 oF



c. How would you start up or shut down and control such a reaction?

Start up

Shut down

Kontrol

Setelah suhu sudah mencapai upper steady

state, suhu umpan dijaga konstan karena

nilai konversi yang dihasilkan besar.

Selain air sebagai pendingin, tekanan dalam

reaktor juga perlu dikurangi saat melakukan

shut off, hal ini dilakukan untuk mencegah

kenaikan suhu yang signifikan

Reaksi dekomposisi ammonium nitrat perlu

dikontrol TC(Temperature Control) dan PC

(Pressure Control).



d. What do you learn when you apply the runaway reaction criteria?

Kondisi operasi perlu dijaga dalam kondisi steady

state karena nilai konversi yang dihasilkan lebih

besar

Menurut persamaan 8-75, runaway dapat terjadi

jika:

suhu daerah upper steady state cukup tinggi atau

berbahaya untuk beroperasi pada kondisi

semacam ini karena suhu yang terus naik dan

memicu terjadinya spot heating.

Suhu umpan sebaiknya berada dibawah (tidak

mendekati) titik ignition temperatur karena akan

mengakibatkan kenaikkan suhu umpan dan

meningkatkan suhu reaktor yang cukup besar.



e. Explore this problem and describe what you find. (For example, can you plot a form of R(T)

versus G(T)?

Tabel Perhitungan G(T), R(T) sebelum dan sesudah shut off







Kurva yang dihasilkan adalah sebagai berikut:

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 500 1000 1500

G (

T)

, R

(T)

T

G(T) , R(T) vs T

G(T)

R(T) sebelum shut off

R(T) sesudah shut off

T, setelah shut off



Berdasarkan kurva diatas dapat diambil kesimpulan :

1. Garis perpotongan antara G(T) dan R(T) menunjukkan

temperatur pada saat sebelum shut off yang kondisinya

normal dan upper steady state yaitu 521 oF.

2. Terjadi pergeseran temperatur setelah shut off perpotongan

garis G(T) dan R(T) terjadi pada temperatur reaktor sekitar

900 oF. Hal ini terjadi akibat tidak adanya laju alir umpan yang

masuk ke dalam reaktor dan menyebabkan naiknya

temperatur di dalam reaktor, pergeseran temperatur akibat

berhentinya aliran air yang masuk ke dalam reaktor inilah

yang menyebabkan ledakan terjadi.

3. Berdasarkan nilai R(T) dan G(T) yang didapatkan, nilai R(T)

lebih besar daripada G(T) maka temperature akan

turun, sebaliknya jika nilai R(T) lebih kecil daripada G(T) maka

temperature akan naik. Hal ini dikarenakan panas yang

diambil lebih kecil daripada panas yang dihasilkan

reaktor, maka temperature reaktor akan naik, begitu pula

sebaliknya.



f. Diskusi pengembangan dari penyelesaian

soal diatas

Tindakan shut off yang dilakukan

oleh operator untuk mematikan

reaktor secara tiba-tiba adalah

pemicu naiknya temperatur

besar-besaran setelah reaktor

dimatikan selama 4 menit.

Laju alir feed yang dihentikan

berakibat temperatur pada

reaktor semakin tinggi karena

berhentinya aliran air yang

berfungsi menjaga temperatur

reaktor dan kemungkinan

terjadinya local heating atau

spot heating sehingga panas

tidak lagi homogen.

Pencegahan peledakan reaktor

ketika melakukan shut off

dilakukan dapat diatasi dengan

tetap mengalirkan air sebagai

pendingin agar temperature di

dalam reaktor tetap terjaga atau

stabil

Hal ini dapat diperhitungan saat

pengoperasian reaktor

CSTR, yaitu dengan

memperhitungkan runaway

reaction pada persamaan 8-75

(Fogler 2006):



Kesimpulan

•Identifikasi meledaknya sebuah reaktor dapat diketahui

berdasarkan perhitungan dengan persamaan 8-75 mengenai

runaway reaction.

•Meledaknya reaktor disebabkan oleh berhentinya laju alir air

sebagai umpan ke dalam reaktor dikarenakan reaksi dekomposisi

ammonium nitrat terjadi secara ekstormis.

•Temperatur sesaat sebelum reaktor yang didapatkan adalah

sebesar 521 oF

•Kenaikan temperatur sebelum dan sesudah shut off mengalami

peningkatan dari temperature sekitar 500 oF menjadi 900 oF

dikarenakan berhentinya laju alir umpan air ke dalam reaktor

sebagai media penyerap panas reaksi.

•Pengembangan soal dengan menghitung nilai R(T) dan G(T) yang

didapatkan, nilai R(T) lebih besar daripada G(T) maka temperature

akan turun, sebaliknya jika nilai R(T) lebih kecil daripada G(T) maka

temperature akan naik. Hal ini dikarenakan panas yang diambil

lebih kecil daripada panas yang dihasilkan reaktor, maka

temperatur reaktor akan naik, begitu pula sebaliknya.



TERIMA KASIH


Documents

Tugas reaktor non isothermal