LAMPIRAN A HASIL PERHITUNGAN NERACA MASSA

LAMPIRAN A HASIL PERHITUNGAN NERACA MASSA

Kapasitas Produksi = 17.000 ton/tahun Kemurnian Produk = 99,95 % Basis Perhitungan = 1.000 kg/jam CH COOH

3 Pada perhitungan ini digunakan perhitungan dengan alur maju dengan

menggunakan basis perhitungan. Hal ini dikarenakan untuk mempermudah menentukan jumlah bahan yang akan direcycle kembali.

A.1. PERHITUNGAN NERACA MASSA BERDASARKAN BASIS 1.000 Kg/Jam CH

3 COOH TANPA RECYCLE

Tabel LA-1 Komposisi CH COOH (Kirk-Othmer, 1999)

3 Komponen % Berat kg/jam kmol/jam Yi

CH COOH 1,000 1000 16,6528 1,0000

3 Reaksi yang terjadi adalah:

CH COOH + C H COOCH(CH )

3 (aq) 3 6 (g)

3 3 2 (aq)

 CH Untuk efisisensi reaksi maka C H yang digunakan berlebih dengan

3 6(g)

perbandingan mol CH COOH : C H untuk umpan reaktor adalah 1 : 2 (Bearse,

6 1947).

Jumlah kg C H = (2/1 x 16,6528) = 33,3056 kmol/jam = 1401,4988 kg/jam

6 Jumlah C H = (1/0,920 x 1401,4988) = 1513,6187 kg/jam

6 Tabel LA-2 Komposisi C H (Kirk-Othmer, 1999)

6 Komponen % Berat kg/jam kmol/jam Yi

C3H8 0,0800 112,1199 2,7635 0,0709 C3H6 0,9200 1401,4988 33,3056 0,9291

1,0000 1513,6187 35,8480 1,0000 LA - 1

Ratio mol HF/BF adalah 3/1.

3 Jumlah katalis yang dibutuhkan adalah 5% dari mol asam asetat yang diperlukan pada reaksi (Bearse, 1947).

Jumlah katalis yang dibutuhkan = 0,5 x 16,6528 = 0,8326 kmol/jam Jumlah HF = 50% x 0,8333 = 0,4163 kmol/jam Jumlah BF = 50% x 0,8333 = 0,4163 kmol/jam

3 Tabel LA-3 Komposisi HF (Kirk-Othmer, 1999)

Komponen % Berat kg/jam kmol/jam Yi HF 0,6300 8,3306 0,4163 0,7088 H O 0,3700 3,0823 0,1710 0,2912

1,0000 11,4129 0,5874 1,0000 Tabel LA-4 Komposisi BF (Kirk-Othmer, 1999)

3 Komponen % Berat kg/jam kmol/jam Yi

BF 1,0000 28,2290 0,4163 1,0000

3 Tabel LA-5 Data Nilai Berat Molekul (kg/mol) (Kirk-Othmer, 1999)

Rumus Molekul BM Rumus Molekul BM CH COOH 60,05 C H 42,08

6 HF 20,01 C H 44,10

8 BF 67,806 C H O 102,13

2 H2O 18,02 HBF 87,816

4 Perhitungan awal diasumsikan tanpa recycle :

A.1.1. ALIRAN KELUAR DI MIXER (MX-101)

Fungsi : untuk melarutkan antara katalis HF dan BF . dan membentuk senyawa

kompleks HBF 4.

3 MX-101

2 Pada Mixer (MX-101) terjadi pelarutan antara katalis HF dan BF . dan

membentuk senyawa kompleks HBF . Senyawa ini akan terurai pada suhu antara

4 o

150-200 C pada tekanan 1 atm (Michel Devic, et.al, 1985). Reaksi yang terjadi:

HF + BF

(aq) 3(g) 4 (aq)

 HBF

Neraca Massa Total

= Output

Input

39,6418 kg/jam = 39,6418 kg/jam (Alur 1,2) Atas (Alur 3)

Input Output

Komponen Kg kmol Kg kmol

HF 8,3306 0,4163 0,0000 0,0000 BF 28,2290 0,4163 0,0000 0,0000

3 HBF 0,0000 0,0000 36,5595 0,4163

4 H O 3,0823 0,1710 3,0823 0,1710

2 Total 39,6418 1,0037 39,6418 0,5874 A.1.2. ALIRAN KELUAR DI MIXER (MX-102) Fungsi : untuk menghomogenkan antara CH COOH dengan katalis HBF .

5 MX-102

3 Neraca Massa Total

= Output

Input

1039,6418 kg/jam = 1039,6418 kg/jam

Input (Alur 3,4) Output Atas (Alur 5)

Komponen Kg kmol Kg kmol

CH COOH 1000 16,6528 1000,0000 16,6528

3 HBF 36,5595 0,4163 36,5595 0,4163

4 H O 3,0823 0,1710 3,0823 0,1710

2 Total 17,2402 16,2402 1039,6418 1039,4752 A.1.3. ALIRAN KELUAR DI REAKTOR (R-101)

Fungsi : untuk merekasikan antara CH COOH dengan propilen dengan bantuan

3 katalis HBF .

4 Reaksi yang terjadi dalam reaktor :

CH COOH + C H COOCH(CH )

3 (aq) 3 6 (g)

3 3 2 (aq)

 CH Data konversi (Bearse, 1947) : Konversi terhadap CH COOH = 70 - 80 %

3 Untuk proses ini dipilih konversi reaksi sebesar 75%

5 R - 101

10 Reaksi : CH COOH mula-mula = 1000 kg/jam

3 CH COOH bereaksi = 75 % x 1000 kg = 750 kg/jam

= 12,48959 kmol/jam Sisa reaksi

= 250 kg/jam C H bereaksi = 1/1 x 12,5 kmol = 12,48959 kmol/jam

= 525,56203 kg/jam Sisa reaksi

= 875,93672 kg/jam CH COOCH(CH ) terbentuk= 1/1 x 12,5 kmol = 12,48959 kmol/jam

= 1275,56203 kg/jam

Neraca Massa Total

= Output

Input

2553,2605 kg/jam = 2553,2605 kg/jam

Input Output Komponen Alur 5 Alur 10 Alur 7 Alur 11 Kg kmol Kg kmol Kg kmol Kg

CH COOH 1000 16,6528 250 4,1632 - -

C H 1401,4988 33,3056 875,9367 20,8160

C H 112,1199 2,5424 112,1199 - 2,5424 -

HBF
0,4163 - 36,5595 36,5859 0,4163

4 H O

3,0823 0,1710 3,0823 0,1710

2 C H O

1275,5620 12,4896 - - - - -

2 Sub Total 1039,6418 17,2402 1565,2039 35,8480 1565,0373 17,2402 988,0566 23,3584

Total 2553,2605 kg 53,0881 kmol 2553,2605 kg 40,5985 kmol

A.1.4. NERACA MASSA DI ACCUMULATOR (AC-101) Fungsi: sebagai wadah penampungan sementara hasil dari reaktor (R-101).

13 AC - 101

12 Neraca Massa Total

Input (12) = Output (13)

1565,2039 kg/jam = 1565,2039 kg/jam

Input (Alur 12) Output (Alur 13)

Komponen Kg kmol Kg kmol

CH COOH 250,0000 4,1632 250,0000 4,1632

3 HBF 36,5595 0,4163 36,5595 0,4163

1275,5620 12,4896 1275,5620 12,4896 C H O

2 H O 3,0823 0,1710 3,0823 0,1710

2 Total 1565,2039 17,2402 1565,2039 17,2402 A.1.5. NERACA MASSA PADA KOLOM DESTILASI Neraca Massa Kolom Destilasi (MD-101)

Fungsi: untuk memisahkan C H O , dan H O sebagian dari CH COOH,

3 HBF dan H O.

2 Ditinjau dari titik didihnya :

Komponen Td °(C) CH COOH 117,82

3 HBF 150

4 C H O 88,6

2 H O 100

2 (Sumber : Kirk-Othmer, 1999)

Maka dapat ditentukan :

C H O semuanya ada pada hasil atas.
H O terdistribusi pada hasil atas dan bawah

CH COOH dan HBF semuanya ada pada hasil bawah

4 Diperkirakan 43,7 % mol dari H O akan terpisah sebagai hasil atas.

2 Neraca Massa Kolom Destilasi (MD-102) Fungsi: untuk memisahkan CH COOH dan H2O dengan HBF .

4 Diperkirakan CH COOH dan H2O yang terpisahkan sebagai hasil atas

3 adalah sebesar 100 % dari katalis senyawa kompleks HBF .

A.1.4.1. Kolom Destilasi (MD-101)

Fungsi: untuk memisahkan C H O , dan H O sebagian dari CH COOH, HBF

4 dan H O.

13 MD - 101

15 Feed(13) = Hasil atas(14) + Hasil bawah(15) 1565,2039 kg/jam = 1276,8376 kg/jam + 288,3663 kg/jam

Menentukan Kondisi Umpan Masuk Menara

Umpan masuk pada T = 368,02 K dan P = 1,0131 bar Komponen Kg/jam k.mol/jam P° (bar) K Xi Xi.Ki

CH COOH 250,0000 4,1632 0,4767 0,4705 0,2415 0,1136

3 C H O 1275,5620 12,4896 1,2218 1,2058 0,7244 0,8735

3,0823 0,1710 0,8408 0,8298 0,0099 0,0082 H O

2 HBF 36,5595 0,4163 0,1911 0,1886 0,0241 0,0046

4 Jumlah 1565,2039 17,2402 2,9769 2,9378 1,0000 0,9999 Menentukan Kondisi Puncak Menara

Perhitungan trial and error untuk memperoleh kondisi temperatur dew point dan bubble point pada puncak menara. Menentukan harga P° P° C H O = 10^(A - B / (T + C))

=10^(4,5517 - 1490,8770 / (368,02 + -34,0980) =10^(0,0870) = 1,2218 bar

P° = 0,8408 bar

H2O

Menentukan harga Ki K = P°/P

C5H10O2

= 1,2218 bar / 1,0133 bar = 1,2058

K = 0,8298

H2O

Menentukan harga Yi Yi = kmol / Jumlah Mol

C5H10O2

= 12,4896 kmol / 12,5604 kmol = 0,9944

Yi = 0,0056

H2O

Menentukan harga Yi/Ki

∑

Yi/Ki = 0,9944 / 1,0029

C5H10O2

= 0,9915 Yi/Ki = 0,0085

H2O

Yi/Ki = 1,00000

∑

Dengan cara trial and error pada microsoft excel diperoleh kondisi temperatur dew point dan bubble point pada puncak menara.

1. Dew Point

Trial and error 1, dengan T = 362,14, diperoleh Yi/Ki = 1,0000

Berikut data excel yang diperoleh: Komponen kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki

C H O 12,4896 1275,5620 1,0162 1,0029 0,9944 0,9915

2 H O 0,0708 1,2756 0,6738 0,6650 0,0056 0,0085

2 Jumlah 12,5787 1276,2750 1,00000 1,0000

2. Bubble Point

Trial and error 1, dengan T = 362,1125, diperoleh Yi/Ki = 1,0000

Berikut data excel yang diperoleh: Komponen kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki

C H O 12,4896 1275,5620 1,0152 1,0019 0,9944 0,9963

2 H O 0,0708 1,2756 0,6731 0,6642 0.0056 0,0037

2 Jumlah 12,5604 1276,8376 1,00000 1,0000

Maka ditentukan: Produk keluar pada Bubble Point T = 362,1125 K dan P = 1,0133 bar

Komponen kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki C H O 12,4896 1275,5620 1,0152 1,0019 0,9944 0,9963

2 H O 0,0708 1,2756 0,6731 0,6642 0,0056 0,0037

2 Jumlah 12,5604 1276,8376 1,0000 1,0000 Menentukan Kondisi Dasar Menara

Analog dengan menentukan kondisi puncak menara, diperoleh kondisi dasar menara sebagai berikut: Produk keluar pada Dew Point T = 394,2630 K dan P = 1,0133 bar

Komponen kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki CH COOH 4,1632 250,0000 1,1185 1,1038 0,8896 0,8059

3 H O 0,1003 1,8067 2,0647 2,0376 0,0214 0,0105

2 HBF 0,4163 36,5595 0,4938 0,4873 0,0890 0,1826

4 Jumlah 4,6798 288,3663 1,0000 1,0000

Produk keluar pada Bubble Point T = 392,0798 K dan P = 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki

CH COOH 4,1632 250,0000 1,0470 1,0332 0,8896 0,9192

3 H O 0,1003 1,8067 1,9258 1,9005 0,0214 0,0407

2 HBF 0,4163 36,5595 0,4598 0,4529 0,0890 0,0403

4 Jumlah 4,6798 288,3663 1,0000 1,0000

Neraca Massa Total Kolom Destilasi (MD-101)

(Alur 13) Atas (Alur 14) Output Bawah (Alur 15)

Input Output

Komponen kmol Kg kmol Kg kmol Kg CH COOH 4,1632 250,0000 4,1632 250,0000

3 C H O 12,4896 1275,5620 12,4896 1275,5620

2 H O 0,1710 3,0823 0,0708 1,2756 0,1003 1,8067

2 HBF 0,4163 36,5595 0,4163 36,5595

4 Sub Total 17,2402 1565,2039 12,5787 1276,2750 4,6798 288,3663

Total 17,2402 1565,2039 17,2402 kmol 1565,2039 kg

A.1.4.2. Kolom Destilasi (MD-102) Fungsi: untuk memisahkan CH COOH dan H2O dengan HBF .

15 MD - 102

17 Feed (15) = Hasil atas (16) + Hasil bawah (17) 288,3663 kg/jam = 251,8067 kg/jam + 36,5595 kg/jam

Menentukan Kondisi Umpan Masuk Menara

Umpan masuk pada T = 392,0798 K dan P = 1,0133 bar Komponen kmol in Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki CH

3 COOH 4,1632 250,0000 1,0470 1,0332 0,8896 0,9192

HBF

0,4163 36,5595 0,4598 0,4529 0,0890 0,0403 H

2 O 0,1003 1,8067 1,9258 1,9005 0,0214 0.0407

Analog dengan Menara Destilasi (MD-101), diperoleh kondisi dasar menara sebagai berikut: Produk keluar pada Dew Point T = 390,6512 K dan P = 1,0133 bar

Jumlah 4,635 251,8067 1,0000 1,0000

Jumlah 4,6705 288,1997 1,0000 1,0000

Produk keluar pada Bubble Point T = 417,96 K dan P = 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki

36,5595 0,4163 1,0133 1,0000 1,0000 1,0000 Jumlah 36,5595 0,4163 1,0000 1,0000

HBF

Produk keluar pada Dew Point T = 417,3698 K dan P = 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki

Menentukan Kondisi Dasar Menara

2 O 0,1003 1,8067 1,8233 1,7994 0,0235 0,0423

Komponen kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki CH

Menentukan Kondisi Puncak Menara

Komponen kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki CH HBF 36,5595 0,4163 1,0133 1,0000 1,0000 1,0000

Jumlah 4,635 251,8067 1,0000 1,0000 Produk keluar pada Bubble Point T = 390,4338 K dan P = 1,0133 bar

2 O 0,1003 1,8067 0,4373 1,8150 0,0235 0,0130

3 COOH 4,1632 250,0000 1,0022 0,9890 0,9765 0,9873

3 COOH 4,1632 250,0000 0,9940 0,9810 0.9765 0,9579

4 Jumlah 36,5595 0,4163 1,0000 1,0000

Neraca Massa Total Kolom Destilasi (MD-102)

(Alur 15) Atas (Alur 16) Output Bawah (Alur 17)

Input Output

Komponen kmol Kg kmol Kg kmol Kg CH COOH 4,1632 250,0000 4,1632 250,0000

3 HBF 0,4163 36,5595 0,4163 36,5595

4 H O 0,1003 1,8067 0,1003 1,8067

2 Sub Total 4,6705 288,1997 4,635 0,4163 251,8067 36,5595

Total 4,6705 288,1997 4,6705 kmol 288,1997 kg

A.2. NERACA MASSA UNTUK MASSA BERDASARKAN BASIS 1.000Kg/Jam CH

3 COOH DENGAN RECYCLE

Kemudian untuk perhitungan recycle dihitung berdasarkan trial and error pada aliran masuk reaktor dengan dasar aliran masuk reaktor sama dengan aliran bahan baku ditambah aliran recycle menara destilasi II (MD-102) dan hasil atas reaktor (R-101). Propilen yang dibutuhkan = 1401,498 kg/jam diasumsikan propilen recycle dari reaktor yaitu sebesar 62,5 % dari propilen yang dibutuhkan. Propilen recycle = 75 % x 1401,498 kg = 875,9367 kg/jam Propilen supply = propilen yang dibutuhkan - propilen recycle

= 1401,498 kg – 875,9367 kg = 525,5620 kg/jam Propilen yang digunakan mengandung propana sebesar 8%. Propana yang dibutuhkan = 112,1199 kg/jam Diasumsikan propana tidak ikut bereaksi sehingga: Propana recycle = 100% x 121,7391 kg = 121,7391 kg/jam HBF yang dibutuhkan = 36,5595 kg/jam

4 Untuk menjaga ketersediaan HBF tidak tergantung dari keseluruhan recycle dan

4 juga demi menjaga kelancaran proses nantinya jika terjadi abnormal proses.

Maka diasumsikan HBF dari menara destilasi (MD-102) sebesar 50% dari HBF

yang dibutuhkan HBF = 50% x 36,5859 kg = 18,2798 kg/jam

recycle

4 HBF supply = HBF yang dibutuhkan - HBF recycle

= 36,5859 kg – 18,2798 kg = 18,2798 kg/jam

A.2.1. ALIRAN KELUAR DI MIXER (MX-101)

Fungsi : untuk melarutkan antara katalis HF dan BF . dan membentuk senyawa

kompleks HBF 4.

3 MX-101

2 Pada Mixer (MX-101) terjadi pelarutan antara katalis HF dan BF . dan

membentuk senyawa kompleks HBF . Senyawa ini akan terurai pada suhu antara

4 o

150-200 C pada tekanan 1 atm (Michel Devic, et.al, 1985). Reaksi :

HF + BF

(aq) 3(g) 4 (aq)

 HBF Neraca Massa Total Mixer (MX-101)

Input = Output

19,8209 kg/jam = 19,8209 kg/jam (Alur 1,2) (Alur 3)

Input Output

Komponen kg kmol Kg kmol

HBF 18,2798 0,2082

4 HF 4,1653 - - 0,2082

H O 1,5412 0,0855 1,5412 0,0855

BF 14,1145 0,2082

3 Sub Total 19,8209 0,5018 19,8209 0,2937

Total

19,8209 kg 19,8209 kg

A.2.2. ALIRAN KELUAR DI MIXER (MX-102) Fungsi : untuk menghomogenkan antara CH COOH dengan katalis HBF .

5 MX-102

18 Reaksi :

HF (aq) + BF

3(g) 4 (aq)

 HBF Neraca Massa Total Mixer (MX-102)

Input + Recycle = Output

1021,2096 kg/jam + 18,2930 kg/jam = 1039,5026 kg/jam

Input (Alur 3,4,18) Recycle (Alur 18) Output (Alur 5)

Komponen Kg kmol Kg kmol Kg kmol

CH COOH 1000,0000 16,6528 1000,0000 16,6667

3 HBF 18,2798 0,2082 18,2798 0,2082 36,5595 0,4163

4 H O 2 1,5412

0,0855 1,5412 0,0855

- -

Sub Total 1019,8209 16,9465 18,2798 0,2082 1038,1007 17,1546 Total

17,1546 kmol 17,1546

1038,1007 kg 1038,1007 A.2.3. ALIRAN KELUAR DI REAKTOR (R-101)

Fungsi : untuk merekasikan antara CH COOH dengan propilen dengan bantuan

3 katalis HBF .

4 Reaksi yang terjadi dalam reaktor :

CH COOH + C H COOCH(CH )

3 (aq) 3 6 (g)

3 3 2 (aq)

 CH Data konversi (Bearse, 1947) : Konversi terhadap CH COOH = 70 - 80 %

3 Untuk proses ini dipilih konversi reaksi sebesar 75%.

11 R - 101

10 Reaksi : CH COOH mula-mula = 1000 kg/jam

3 CH COOH bereaksi = 75 % x 1000 kg = 750 kg/jam = 12,5 kmol/jam

3 Sisa reaksi

= 250 kg/jam C H bereaksi = 1/1 x 12,5 kmol = 12,5 kmol/jam = 525 kg/jam

6 Sisa reaksi

= 875 kg/jam CH COOCH(CH ) terbentuk= 1/1 x 12,5 kmol = 12,5 kmol/jam

= 1275 kg/jam

Neraca Massa Total

Recycle = Output

Input

1039,5026 kg/jam + 525 kg/jam + 1015,0321 kg/jam = 2561,2417 kg/jam

Input Output Komponen Alur 5 Alur 10 Recycle (Alur 7) Alur 11,7 kg kmol Kg kmol kg kmol Kg kmol ₃

CH COOH 1000,0000 16,6528

250,0000 4,1632

C H - - 1401,4988 33,3056 875,0000 20,8333

₃ ₆ ₃ ₈

- - - C H

2,7668 121,7391 2,7668 - 121,7391 ₄

HBF 36,5859 0,4167

36,5859 0,4167

H - O 1,5412 0,0855

1,5412 0,0855 ₂

- -

C H O ₅ ₁₀ ₂ 1275,0000 12,5000 - - - -

- -

Sub Total 1039,5026 17,2453 525,0000 0,0324 1015,0321 23,8085 2561,2417 53,3454

Total 53,5538 kmol 53,3454

2561,2417 kg 2561,2417 A.2.4. NERACA MASSA DI ACCUMULATOR (AC-101) Fungsi: sebagai wadah penampungan sementara hasil dari reaktor (R-101).

13 AC - 101

Neraca Massa Total Input = Output

1563,6627 kg/jam = 1563,6627 kg/jam

Input (Alur 12) Output (Alur 13)

Komponen Kg kmol Kg kmol

CH COOH 250,0000 4,1632 250,0000 4,1632

3 HBF 36,5595 0,4163 36,5595 0,4163

4 C H O 1275,5620 12,4896 1275,5620 12,4896

2 H O 1,5412 0,0855 1,5412 0,0855

2 Total 17,1546 1563,6627 17,1546 1563,6627 A.2.5. NERACA MASSA PADA KOLOM DESTILASI

Fungsi: untuk memisahkan C H O , dan H O sebagian dari CH COOH,

3 HBF dan H O.

2 Ditinjau dari titik didihnya :

Komponen Td °(C) CH COOH 117,82

3 HBF 150

4 C H O 88,6

2 H O 100

2 (Sumber : Kirk-Othmer, 1999)

Maka dapat ditentukan :

C H O semuanya ada pada hasil atas.

H O terdistribusi pada hasil atas dan bawah
CH COOH dan HBF semuanya ada pada hasil bawah

4 Diperkirakan 43,7 % mol dari H O akan terpisah sebagai hasil atas.

2 Neraca Massa Kolom Destilasi (MD-102) Fungsi: untuk memisahkan CH COOH dan H O dengan HBF .

4 Diperkirakan CH COOH dan H O yang terpisahkan sebagai hasil atas

2 adalah sebesar 100 % dari katalis senyawa kompleks HBF .

4 A.2.5.1. Kolom Destilasi (MD-101)

13 MD - 101

15 Feed(13) = Hasil atas(14) + Hasil bawah(15) 1563,6627 kg/jam = 1276,8376 kg/jam + 286,8251 kg/jam

Menentukan Kondisi Umpan Masuk Menara

Umpan masuk pada T = 370,58 K dan P = 1,0131 bar Komponen kmol in Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki

CH COOH 4,1632 250,0000 0,4763 0,4701 0,2427 0,1140

3 C H O 12,4896 1275,5620 1,2209 1,2049 0,7281 0,8772

2 H O 0,0855 1,5412 0,8400 0,8290 0,0050 0,0041

2 HBF 0,4163 36,5595 0,1909 0,1884 0,0243 0,0054

4 Jumlah 17,1546 1563,6627 1,0000 1,0000 Menentukan Kondisi Puncak Menara

Analog dengan Menara Destilasi (MD-101), diperoleh kondisi puncak menara sebagai berikut: Produk keluar pada Dew Point T = 362,14249 K dan P = 1,0131 bar

Komponen kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki C H O 12,4896 1275,5620 1,0162 1,0029 0,9944 0,9915

2 H O 0,0708 1,2756 0,6738 0,6650 0,0056 0,0085

2 Jumlah 12,5604 1276,8376 1,00000 1,0000

Produk keluar pada Bubble Point T = 362,11246 K dan P = 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki

C H O 12,4896 1275,5620 1,0152 1,0019 0,9944 0,9963

2 H O 0,0708 1,2756 0,6731 0,6642 0.0056 0,0037

2 Jumlah 12,5604 1276,8376 1,00000 1,0000 Menentukan Kondisi Dasar Menara

Analog dengan Menara Destilasi (MD-101), diperoleh kondisi dasar menara sebagai berikut: Produk keluar pada Dew Point T = 394,54183 K dan P = 1,0133 bar

Komponen kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki CH COOH 4,1631 250,0000 1,1279 1,1131 0,9061 0,8140

3 H O 0,0147 0,2656 1,9208 1,8956 0,0032 0,0016

2 HBF 0,4163 36,5595 0,4983 0,4918 0,0906 0,1842

4 Jumlah 4,5943 286,8251 1,0000 1,0000

Produk keluar pada Bubble Point T = 394,3 K dan P = 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki

CH COOH 4,1632 250,0000 1,0651 1,0511 0,9062 0,9025

3 H O 0,0147 0,2656 1,7847 1,7613 0,0032 0,0056

2 HBF 0,4163 36,5595 0,4678 0,4616 0,0906 0,0418

4 Jumlah 4,943 286,8251 1,0000 1,0000 Neraca Massa Total Kolom Destilasi (MD-101)

Input (Alur 13) Output Atas (Alur 14) Output Bawah (Alur 15)

Komponen kmol Kg kmol Kg kmol Kg CH COOH 4,1632 250,0000 4,1631 250,0000

3 C H O 12,4896 1275,5620 12,4896 1275,5620

2 H O 0,0855 1,5412 0,0708 1,2756 0,0147 0,2656

2 HBF 0,4163 36,5595 0,4163 36,5595

4 Sub Total 17,1546 1276,8376 4,5943 1563,6627 12,5604 286,8251

Total 17,1546 17,1546 kmol 1563,6627 kg

1563,6627

A.2.5.2. Kolom Destilasi (MD-102)

3 COOH 4,1632 250,0000 1,0651 1,0511 0,9062 0,9525

2 O 0,0147 0,2656 1,7847 1,7613 0,0032 0.0056

Produk keluar pada Dew Point T = 390,9647 K dan P = 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki

MD - 102

Menentukan Kondisi Puncak Menara

Feed = Hasil atas + Hasil bawah 286,8251 kg/jam = 250,2656 kg/jam + 36,5595 kg/jam

Jumlah 4,6745 288,2276 1,0000 1,0000 Analog dengan Menara Destilasi (MD-101), diperoleh kondisi sebagai berikut:

0,4163 36,5595 0,4678 0,4616 0,0906 0,0418 H

HBF

Umpan masuk pada T = 392,6447 K dan P = 1,0133 bar Komponen kmol in Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki

Menentukan Kondisi Umpan Masuk Menara

3 COOH 4,1632 250,0000 1,0119 0,9986 0,9965 0,9978

2 O 0,0147 0,2656 1,6701 1,6482 0,0035 0,0022

Komponen

0,4163 kmol Total 4,6745 288,2276 4,6745 kmol 288,2276 kg

250,2656

Sub Total 4,6745 288,2276 4,1779

0,4163 36,5595 - - 0,4163 36,5595 H

HBF

(Alur 17) kmol Kg kmol Kg kmol Kg CH

Output Bawah

(Alur 16)

Output Atas

(Alur 15)

Input

Neraca Massa Total Kolom Destilasi (MD-102)

Jumlah 4,1779 250,2656 1,0000 1,0000 Produk keluar pada Bubble Point T = 390,9354 K dan P = 1,0133 bar

Menentukan Kondisi Dasar Menara

Komponen kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki CH

3 COOH 4,1632 250,0000 1,0110 0,9977 0.9965 0,9941

2 O 0,0147 0,2656 1,6682 1,6463 0,0035 0,0059

Jumlah 4,1779 250,2656 1,000000 1,0000

Produk keluar pada Dew Point T = 417,96 K dan P = 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki

0,4163 36,5595 1,0133 1,0000 1,0000 1,0000 Jumlah 0,4163 36,5595 1,0000 1,0000

HBF

0,4163 36,5595 1,0133 1,0000 1,0000 1,0000 Jumlah 0,4163 36,5595 1,0000 1,0000

Produk keluar pada Bubble Point T = 417,96 K dan P = 1,0133 bar Komponen kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki

HBF

3 COOH 4,1632 250,0000 4,1632 250,0000 - -

2 O 0,0147 0,2656 0,0147 0,2656 - -

A.3. NERACA MASSA UNTUK KAPASITAS PRODUKSI 17.000 ton/tahun

Kapasitas produksi per jam dengan kemurnian 0,9850 : ton 1tahun 1hari = 17000 0,9850

× × ×

tahun 330 hari 24 jam = 2114,2677 kg/jam

Perhitungan dengan basis 1000 kg fresh feed didapatkan produk isopropil asetat sebesar 2114,2677 kg/jam. Untuk mendapatkan produk sebesar 2114,2677 kg/jam maka fresh feed yang dibutuhkan sebesar :

Bahan baku = (2114,2677 /1275,5620) x 1000 kg/jam = 4470,1278 kg/jam

Factor scale = 2114,2677 /4470,1278

– up

= 0,4730 Faktor scale

– up merupakan faktor yang harus dikalikan dengan tiap – tiap alur dalam neraca massa untuk mendapatkan neraca massa aktual.

A.3.1. NERACA MASSA UMPAN SETELAH ADA HASIL RECYCLE

Inject Recycle Output Komponen Kg kmol Kg kmol Kg kmol

CH COOH

2114,2677 35,2085 0,0000 0,0000 528,5669 8,8021

C H

1111,1788 26,4063 1851,9647 44,0106 1851,9647 44,0106

C H

237,0515 5,3757 237,0515 5,3757 237,0515 5,3757

HBF

77,2966 0,8802 - - 77,2966 0,8802

H O

3,2584 0,1808 3,2584 0,1808 - - Sub Total

3543,0530 68,0511 2089,0162 49,3859 5395,0177 26,4063 Total 5395,0177 kg 112,0617 kmol 5395,0177 85,6554

A.3.2. NERACA MASSA PADA MIXER (MX -101)

(Alur 1,2) Atas (Alur 3)

Input Output

Komponen Kg kmol Kg kmol

HBF - -

38,6483 0,4401

HF 8,8065 0,4401 BF 29,8418 0,4401 - -

3 H O 3,2584 0,1808 3,2584 0,1808

2 Total 41,9067 1,0610 41,9067 0,6209

A.3.3. NERACA MASSA PADA MIXER (MX -102)

Komponen Input (Alur 3,4,18) Output Atas (Alur 5) Kg kmol Kg kmol

CH COOH 2114,2677 35,2085 2114,2677 35,2085

3 HBF 77,2966 0,8802 77,2966 0,8802

4 H O 3,2584 0,1808 3,2584 0,1808

2 Total 2194,8227 36,2695 2194,8227 36,2695

A.3.4. NERACA MASSA PADA REAKTOR (R -101)

Input Output Alur 5 Alur 10 Recycle (7) Alur 11 Komponen Kg kmol kg kmol Kg kmol Kg kmol ₃

CH COOH 2114,2677 35,2085 528,5669 8,8021 H O

_{2<
3,2584 0,1808 3,2584 0,1808
_{4<HBF 77,2966 0,8802 77,2966 0,8802 C H
₃ _{6<2963,1435 - 70,4169 1851,9647 44,0106 - - C H
₃ _{8<237,051 - 5,3753 237,0510 5,3753 - - C H - 2696,8796 26,4063 - - -
₅ ₁₀ _{2<- - O
Sub Total 2194,8227 36,2695 3200,1950 75,7922 3306,0015 36,2695 2089,0162 49,3859
Total 5395,0177 112,7867 5395,0177 85,6554}}}}}

A.3.5. NERACA MASSA PADA ACCUMULATOR (AC-101)

Input (Alur 12) Output Atas (Alur 13)

Komponen Kg kmol Kg kmol

CH COOH 528,5669 8,8021 528,5669 8,8021

3 HBF 77,2966 0,8802 77,2966 0,8802

4 H O 3,2584 0,1808 3,2584 0,1808

2 C H O 2696,8796 26,4063 2696,8796 26,4063

2 Total 3306,0015 36,2695 3306,0015 36,2695

A.3.6. NERACA MASSA PADA KOLOM DESTILASI (MD-101)

Input (Alur 13) Output Atas (Alur 14) Output Bawah (Alur 15)

Komponen Kg kmol Kg kmol Kg kmol

CH COOH - - 528,5669 8,8021

528,5669 8,8021 HBF 77,2966 0,8802 - -

77,2966 0,8802 H O 3,2584 0,1808

2,6996 0,1497 0,5615 0,0312 C H

O 2696,8796 26,4063 2696,8796 26,4063

2 Sub Total

9,7135 3306,0015 36,2695 2699,5765 26,5560 606,4251

Total 3306,0015 36,2695 3306,0015 36,2695

A.3.7. NERACA MASSA PADA KOLOM DESTILASI (MD-102)

Atas Bawah Input Output Output

(Alur 15) (Alur 16) (Alur 17) Komponen Kg kmol Kg kmol Kg kmol CH COOH

3 528,5669 8,8021 - - 528,5669 8,8021 HBF

4 77,2966 0,8802 - - 77,2966 0,8802 H O

2 0,5615 0,0312 0,5615 - - 0,0312 Sub Total 606,4251 9,7135 529,1285 8,8333 77,2966 0,8802 Total 606,4251 9,7135 606,4251 9,7135

4
2,327
7
11
2,158
7
11
3,076
7
11
3
1,782
8
12

4
-4,4705.10>6
6,78>9
2,197
12

5
2,234
8
13

-1,1557.10
8,8680.10
14
9,2988.10
11

, maka kapasitas panas gas nyata dapat dihitung dengan persamaan berikut :

 

 

     

          

     

 

Cp = Cv R 1+ 0,132+ Tr Tr ^real

 

real

= Cv

Karena Cv

 B.1.2 Kapasitas Panas (Cp) Gas nyata

Cp.dT= (T -T )

(Carl L. Yaws, 1996) Kapasitas panas gas ideal untuk suhu berubah dapat dihitung dengan persamaan berikut :

1500

, T

6,8669.10

8 28,277 0,116 1,9597.10

3 H

Komponen A B C D E T

maks

= suhu (K) Tabel B.1 Kapasitas Panas Gas Masing–masing Komponen

10 O

A, B, C, D, E = konstanta kapasitas panas T, T

4 Dimana : Cp = kapasitas panas gas pada suhu T (J/mol.K)

Kapasitas panas untuk gas ideal masing – masing komponen dinyatakan dengan persamaan : Cp = A + BT + CT

B.1 Sifat kimia dan fisika bahan yang digunakan B.1.1 Kapasitas Panas (Cp) Gas ideal Masing-masing Komponen

LB - 1

LAMPIRAN B

HASIL PERHITUNGAN NERACA PANAS

1500 C

3 H

6 31,2898 0,072449 1,9481.10

6,2974.10

5 H

1500 C

4 22,582 0,1891011

1500 HBF

1,2182.10

3 22,487 0,11814 -8,7099.10

1500 BF

1500 HF 29,085 9,612.10

3,6934.10

2,9906.10

2 O 33,933 -8418.10

1500 H

9,2646.10

3 COOH 34,85 0,037626 2,8311.10

1500 CH

A(T -T )+B(T -T )/2+C(T -T )/3+D(T -T )/4+E(T -T )/5

1 T

2 Pr 0,712

3
6
4
7
3
5
1,3713.10
3
6

Kapasitas panas cairan untuk suhu berubah dapat dihitung dengan persamaan berikut :

210 1500 (Carl L. Yaws, 1996)

2,6099.10

107,524 0,5934 -1,7664. 10

10 O

5 H

229,392 -1,6881 5,8510. 10

1500 BF

1,1336.10



Cp.dT= (T -T )

273 1500 HF 17,7227 0,904261 -5,6450. 10

5,3469.10

2 O 92,053 -0,039953 -2,1103. 10

Tabel B.2 Kapasitas Panas Cairan Masing–masing Komponen Komponen A B C D T

dimana, R = 8,31451 J/mol.K Cv

= kapasitas panas gas ideal pada isovolume (kal/mol.K) Cp

real

= kapasitas panas gas nyata pada isobar (kal/mol.K) Tr = T/Tc (T, Tc dalam satuan K) Pr = P/Pc (P, Pc dalam satuan bar)

1 J/mol.K = 0,238845897 kal/mol.K 1 kal/mol.K = 4,1868 J/mol.K Nilai Cp gas ideal dapat dihitung dengan persamaan sebelumnya, maka nilai Cv gas ideal dapat dihitung dengan persamaan berikut :

  id

Cv = Cp – R 0, 238845897 

B.1.3 Kapasitas Panas Cairan Masing-masing Komponen

Kapasitas panas untuk cairan masing – masing komponen dinyatakan dengan persamaan : Cp = A + BT + CT

4 Dimana : Cp = kapasitas panas cairan pada suhu T (J/mol.K)

A, B, C, D,E = konstanta kapasitas panas T = suhu (K)

mins

291 1500 H

2,9275.10

3 COOH -18,944 1,0971 -2,8921. 10

89 1500 CH

3,8755.10

54,718 0,34512 -1,6315. 10

3 H

86 1500 C

3,6539.10

59,642 0,32831 -1,5377.10

3 H

maks

A(T -T )+B(T -T )/2+C(T -T )/3+D(T -T )/4

1 T

Khusus untuk HBF

Komponen Temp. range (K) A B C CH

(National Institute of Standards and Technology, 2011)

4 4,4573 1569,5310 -64,7900

234,90 s/d 362,00 4,5517 1.490,877 -34,0980

HBF

10 O

5 H

2 O

274,00 s/d 373,00 5,19621 1730,63 -39,724

372,00 s/d 647,00 3,5596 643,7480 -198,0430

230,60 s/d 320,70 3,9829 819,296 -24,4170

88,65 s/d 364,76 4,14162 860,992 -17,255

165,81 s/d 225,98 3,9749 795,8190 -24,8840

3 H

166,02 s/d 231,41 4,0116 834,260 -22,7630

277,60 s/d 360,80 4,5368 1149,360 24,9060

3 H

118,50 s/d 172,50 4,6822 663,463 -30,7950

HF 198,50 s/d 292,90 4,1613 1142,985 -17,9930

273,17 s/d 303,09 4,9148 1556,559 24,1990

Tabel B.3 Konstanta Antoine Suatu Komponen pada Suhu Tertentu

Tc Tc 

, karena data polynomial kapasitas panas (Cp) HBF

cair tidak ada, maka digunakan korelasi Sternling-Brown, yaitu :

 

1 T T Cp = Cp° R 0, 5 2, 2ω 3, 67 11, 64 1- 0, 634 1-

               

B.1.4 Konstanta Antoine digunakan untuk menentukan tekanan uap murni

suatu komponen pada suhu tertentu.

       

dimana, Cp = kapasitas panas liquid (Btu/lbmol.°F) Cp° = kapasitas panas gas ideal (Btu/lbmol.°F)

T, Tc = temperatur operasi, dan temperatur kritis (K) R = 1,9858775 (Btu/lbmol.°F) ω

= Acentric factor Nilai Cp° (J/mol.K ) dapat dihitung dengan persamaan kapasitas panas gas ideal.

1 Btu/lbmol.°F = 4,1868 J/mol.K

1 J/mol.K = 0,238845897 Btu/lbmol.°F

3 COOH 290,26 s/d 391,01 4,6821 1642,540 -39,7640

 B  Log10 P° = A-  

 

C+T

  Dimana : P° = tekanan uap murni suatu komponen pada suhu tertentu (bar)

T = suhu (K)

A, B, C = konstanta

B.1.5 Panas Penguapan (Vaporization) n

T  

Δ Hv = A 1   

Tc  

Dimana : Tc = suhu kritis masing-masing komponen (K) Hv = panas penguapan pada T (kJ/mol)

A, n = konstanta Tabel B.4 Panas Penguapan

Komponen Temp range (K) A Tc n T (K) C H 65,44 s/d 369,82 26,8896 364,76 0,365 231,11

8 C H 87,90 s/d 364,76 26,0984 369,82 0,358 225,43

6 CH COO 289,81 s/d 391,05 35,143 592,71 0,38 391,05

3 H

H O 273,15 s/d 647,13 54 647,096 0,34 373,15

2 HF 189,79 s/d 461,15 11,042 461,15 0,38 292,67

BF 144,79 s/d 260,90 29,148 260,9 0,3809 173,35

3 HBF

615

4 C H O 199,75 s/d 538,00 52,3547 538 0,435 361,65

2 (Carl L. Yaws, 1996) B.1.6 Panas Pembentukan Standar

Dimana : Δ H = Panas pembentukan standar pada suhu 298 K (J/mol)

Td = suhu didih masing-masing komponen (K) ω = Ancetric factor

Tabel B.5 Panas Pembentukan Standar

Komponen Td Δ Hf (kJ/mol) ω C3H8 -103,8468 230,95 0,43 C3H6 20,4179 225 0,142 CH3COOH -425,5223 391,2 0,462 H2O -241,826 373 0,345 HBF4 -239,7 173,1 0,395 C5H10O2 -443,6555 361,6 0,355

(Reklaitis, 1998)

B.1.7 Faktor kompresi gas

Tabel B.6 nilai faktor kompresi gas Komponen Z factor

C H 0,9821

8 C H 0,984

6 HF 0,9835

BF 0,9951

(Carl L. Yaws, 1996)

B.2 PERHITUNGAN NERACA PANAS

Basis perhitungan : 1 jam operasi Satuan operasi : kJ/jam Kondisi referensi : 25°C (298 K) Kapasitas : 17000 ton/tahun

1. NERACA PANAS PADA KOMPRESOR (K-101)

Tujuan : menghitung beban panas di dalam kompresor P in = 1 atm

kompresor

P kompresor out = 2 atm Untuk komponen gas

Komponen BM Xi xi.BM BF 67,8062 1 67,8062

3 Nilai kapasitas panas BF pada suhu 288 K

Cp (J/mol.K) Cv (J/mol.K) 48,75406802 40,43955802 1,205603385



γ Cv

48, 75406802   1, 205603385 γ

40, 43955802 Perhitungan efisiensi isentropic (η )

isen

k = 1,3 – (0,31)(γ – 1,55) k = 1,3 – (0,31)( 1,205603385 – 1,55) = 1,09676 (k – 1)/k = 0,088225948

= 78 % η

poly n-1 k-1 0,088225948 = = =0,113110189 n k η 0,78  _Poly _{k }

1   _k

0,088225948

 

P 2  

  2, 0266   

1   1 

    P  

1   1, 0133

          0, 773224482

   η isen 0,0113110189 _{n }

1   _{n  } 2, 0266  P 

2    

1 

1  1, 0133  

    P

1    

 

Menentukan suhu keluaran kompresor _{k }

  0,088225948   _k

   

LAMPIRAN A HASIL PERHITUNGAN NERACA MASSA

3 Jumlah katalis yang dibutuhkan adalah 5% dari mol asam asetat yang diperlukan pada reaksi (Bearse, 1947).

3 Komponen % Berat kg/jam kmol/jam Yi

4 Perhitungan awal diasumsikan tanpa recycle :

A.1.1. ALIRAN KELUAR DI MIXER (MX-101)

3 Neraca Massa Total

4 Reaksi yang terjadi dalam reaktor :

3 Untuk proses ini dipilih konversi reaksi sebesar 75%

3 CH COOH bereaksi = 75 % x 1000 kg = 750 kg/jam

12 Neraca Massa Total

3 HBF 36,5595 0,4163 36,5595 0,4163

2 Ditinjau dari titik didihnya :

4 Diperkirakan 43,7 % mol dari H O akan terpisah sebagai hasil atas.

3 C H O 1275,5620 12,4896 1,2218 1,2058 0,7244 0,8735

2. Bubble Point

3 COOH 4,1632 250,0000 1,0470 1,0332 0,8896 0,9192

2 O 0,1003 1,8067 1,9258 1,9005 0,0214 0.0407

4 Jumlah 36,5595 0,4163 1,0000 1,0000

3 COOH DENGAN RECYCLE

4 HBF supply = HBF yang dibutuhkan - HBF recycle

4 HF 4,1653 - - 0,2082

3 Sub Total 19,8209 0,5018 19,8209 0,2937

3 HBF 18,2798 0,2082 18,2798 0,2082 36,5595 0,4163

4 Reaksi yang terjadi dalam reaktor :

3 Untuk proses ini dipilih konversi reaksi sebesar 75%.

6 Sisa reaksi

2 Ditinjau dari titik didihnya :

4 Diperkirakan 43,7 % mol dari H O akan terpisah sebagai hasil atas.

3 H O 0,0147 0,2656 1,9208 1,8956 0,0032 0,0016

4 Jumlah 4,5943 286,8251 1,0000 1,0000

3 COOH 4,1632 250,0000 1,0651 1,0511 0,9062 0,9525

2 O 0,0147 0,2656 1,7847 1,7613 0,0032 0.0056

3 COOH 4,1632 250,0000 1,0119 0,9986 0,9965 0,9978

2 O 0,0147 0,2656 1,6701 1,6482 0,0035 0,0022

3 COOH 4,1632 250,0000 4,1632 250,0000 - -

2 O 0,0147 0,2656 0,0147 0,2656 - -

A.3.1. NERACA MASSA UMPAN SETELAH ADA HASIL RECYCLE

CH COOH

A.3.2. NERACA MASSA PADA MIXER (MX -101)

A.3.3. NERACA MASSA PADA MIXER (MX -102)

A.3.4. NERACA MASSA PADA REAKTOR (R -101)

A.3.5. NERACA MASSA PADA ACCUMULATOR (AC-101)

2 Total 3306,0015 36,2695 3306,0015 36,2695

A.3.6. NERACA MASSA PADA KOLOM DESTILASI (MD-101)

2 Sub Total

A.3.7. NERACA MASSA PADA KOLOM DESTILASI (MD-102)

A(T -T )+B(T -T )/2+C(T -T )/3+D(T -T )/4+E(T -T )/5

1 T

2 Pr 0,712

A(T -T )+B(T -T )/2+C(T -T )/3+D(T -T )/4

1 T

3 COOH 290,26 s/d 391,01 4,6821 1642,540 -39,7640

C+T

B.2 PERHITUNGAN NERACA PANAS

1. NERACA PANAS PADA KOMPRESOR (K-101)

3 Nilai kapasitas panas BF pada suhu 288 K

Dokumen yang terkait

EVALUASI NERACA MASSA PADA PROSES PENGOLAHAN KOPI RAKYAT DI DESA SIDOMULYO

EVALUASI NERACA MASSA PADA PROSES PENGOLAHAN KOPI RAKYAT DI DESA SIDOMULYO

NERACA MASSA DAN NERACA ENERGI

AZAS TEKNIK KIMIA NERACA MASSA TANPA REA

LAMPIRAN A SKALA KEBAHAGIAAN

LAMPIRAN A DATA HASIL PENELITIAN

LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

LAMPIRAN 1 PERHITUNGAN DATA PENGUJIAN

LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

Dokumen yang Anda mencari sudah siap untuk unduhkan