Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Polibisfenol-a Karbonat dari Bisfenol-a dan Fosgen dengan Katalis Piridin dengan Kapasitas Produksi 16.000 ton tahun
LAMPIRAN A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Waktu operasi
: 330 hari / tahun ; 24 jam / hari
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan operasi
: kilogram (kg)
Bahan baku
: - Bisfenol A
-
Natrium hidroksida (NaOH)
-
Fosgen (COCl2)
-
Katalis (piridin)
-
Metilen klorida
Produk akhir
: Polibisfenol A Karbonat (polimer)
Kapasitas Produksi
: 2020,2020 kg/jam
LA.1 Reaktor Deprotonasi (R-101)
Dalam reaktor ini terjadi reaksi deprotonasi untuk menghasilkan garam bisfenol dan
air.
(3)
NaOH
Bisfenol-a
(2)
(4)
Reaktor Deprotonasi
(R-101)
garam bisfenol
NaOH
Air
Bisfenol-a
Konversi reaksi = 95% (Fu Sheng, 2009)
Basis = F4garam bisfenol = 1873,8608 kg/jam
N bisfenol =
massa bisfenol 1873,8608 kg
8,2187 kmol
Mr bisfenol
228 kg / kmol
r1 = konversi × Ngaram bisfenol = 0,95 × 8,2187 = 7,8078 kmol/jam
Reaksi yang terjadi di dalam reaktor :
2NaOH(l)
+
C15H16O2(s)
C15H14O2Na2(l) +
-
2H2O(l)
M
16,4374
8,2187
-
B
15,6155
7,8078
7,8078
15,6155
S
0,8219
0,4109
7,8078
15,6155
Universitas Sumatera Utara
Dimana :
M = jumlah mol senyawa mula-mula (kmol)
B = jumlah mol senyawa yang bereaksi (kmol)
S = jumlah mol senyawa sisa setelah reaksi selesai (kmol)
Neraca Massa Komponen :
Bisfenol-a :
F2bisfenol-a = N2bisfenol-a × Mr = 8,2187 × 228 = 1873,8608 kg/jam
F4bisfenol-a = N4bisfenol-a × Mr = 0,4109 × 228 = 93,6930 kg/jam
NaOH :
F3NaOH = N3 NaOH × Mr = 16,4374 × 40 = 657,4950 kg/jam
F4NaOH = N4 NaOH × Mr = 0,8219 × 40 = 32,8748 kg/jam
F4garam bisfenol = N4 aram bisfenol × Mr = 7,8078 × 272
Garam bisfenol :
F4garam bisfenol = 2123,7089 kg/jam
F4air = N4 air × Mr = 15,6155 × 18 = 281,0791 kg/jam
Air :
Neraca Massa Total :
F4 = F2 + F3
F4 = F2 bisfenol-a + F3 NaOH = 1873,8608 + 657,4950 = 2531,3558 kg/jam
F4 = F4bisfenol-a + F4NaOH + F4garam bisfenol + F4air
F4 = 93,6930 + 32,8748 + 2123,7089 + 281,0791 = 2531,3558 kg/jam
LA.2 Reaktor Polimerisasi (R-102)
Dalam reaktor ini terjadi reaksi polimerisasi untuk menghasilkan polimer
(polibisfenol-a karbonat) dan NaCl.
Metilen klorida (7)
(8)
Garam bisfenol
NaOH
Air
Bisfenol
(13)
fosgen
Reaktor Polimerisasi
(R-102)
(16)
polikarbonat
metilen klorida
piridin
air
(9)
(10) fosgen
NaCl
Garam bisfenol
Bisfenol
Piridin
NaOH
Metilen klorida
Universitas Sumatera Utara
Konversi reaksi = 99,83% (Moyer et al, 1961)
r2 = konversi × Ngaram bisfenol =
0,9983 7,8078
0,1813 kmol/jam
43
Reaksi yang terjadi di dalam reaktor polimerisasi :
43C15H14O2Na2
+
43COCl2
(C16H14O3)43
+
86NaCl
M
7,8078
7,8078
-
-
B
7,7959
7,7959
0,1813
15,5918
S
0,0119
0,0119
0,1813
15,5918
Dimana :
M = jumlah mol senyawa mula-mula (kmol)
B = jumlah mol senyawa yang bereaksi (kmol)
S = jumlah mol senyawa sisa setelah reaksi selesai (kmol)
Neraca Massa Komponen :
Garam bisfenol :
F16garam bisfenol = N16 garam bisfenol × Mr = 0,0133 × 272
F16garam bisfenol = 3,6103 kg/jam
F8garam bisfenol = F4garam bisfenol = 2123,7089 kg/jam
Fosgen
:
F13fosgen = N13fosgen × Mr = 0,0133 × 99 = 1,3132 kg/jam
F10fosgen = N10fosgen × Mr = 7,8077 × 99 = 772,9668 kg/jam
Polikarbonat :
F16 polikarbonat = N16 polikarbonat × Mr = 0,1813 × 10922
F16 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam
NaCl
:
F16 NaCl = N16 NaCl × Mr = 15,6155 × 58,5 = 911,9542 kg/jam
NaOH
:
F16NaOH = F8NaOH = 32,8748 kg/jam
Bisfenol-a
:
F16bisfenol-a = F8bisfenol-a = 93,6930 kg/jam
Air
:
F16air = F8air = 281,0791 kg/jam
Metilen klorida:
F16metilen klorida = F9 metilen klorida + F7 metilen klorida
F16metilen klorida = 2548,4507 kg/jam
Piridin
:
F9 Piridin= N9 Piridin × Mr
N9 Piridin = 0,1 × N4 garam bisfenol = 0,1 × 7,8078 = 0,7808 kmol
F9 Piridin= 0,7808 × 79 = 61,6813 kg/jam
F16 Piridin= F9 Piridin = 61,6813 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Neraca Massa Total :
F8 = F4 = 2531,3558 kg/jam
F9 = F9 metilen klorida + F9 Piridin = 382,2676 + 61.6813 = 443,9489 kg/jam
F7 = F7 metilen klorida = 2166,1813 kg/jam
F10 = F10fosgen =772,9668 kg/jam
F13 + F16 = F8+ F9+ F7+ F10 = 2531,3558 + 443,9489 + 2166,1813 + 772,9668
F13 + F16 = 5914,4545 kg/jam
F13 + F16 = F13fosgen + F16garam bisfenol + F16 polikarbonat + F16 NaCl + F16NaOH + F16bisfenol-a +
F16air + F16metilen klorida + F16 Piridin
F13 + F16 = 1,3132 + 3,6103 + 1979,7980 + 911,9542 + 32,8748 + 93,6930 +
281,0791 + 2548,4507 + 61,6813
F13 + F16 = 5914,4545 kg/jam.
LA.3 Mixing Point I (M-101)
(14) fosgen
(5)
fosgen
Mixing Point I
(M-101)
(10)
fosgen
Neraca Massa Komponen:
F14 fosgen = F13
fosgen
= 1,3132 kg/jam.
F10 fosgen = 772,9668 kg/jam.
F5 fosgen = F10
fosgen
-
F14
fosgen =
771,6535 kg/jam.
Universitas Sumatera Utara
LA.4 Dekanter I (FL-101)
polikarbonat
metilen klorida
piridin
(16)
air
NaCl
Garam bisfenol
Bisfenol
NaOH
Dekanter I
(FL-101)
(19)
Metilen klorida
Polikarbonat
Piridin
(18)
Garam bisfenol
NaOH
Air
Bisfenol
NaCl
Neraca Massa Komponen:
F16 = F16garam bisfenol + F16 polikarbonat + F16 NaCl + F16NaOH + F16bisfenol-a +
F16air + F16metilen klorida + F16 Piridin
F16 = 3,6103 + 1979,7980 + 911,9542 + 32,8748 + 93,6930 +
281,0791 + 2548,4507 + 61,6813
F16 = 5913,1413 kg/jam
F19metilen klorida = F16metilen klorida = 2548,4507 kg/jam
F19 polikarbonat = F16 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam
F19 piridin = F16 Piridin = 61,6813 kg/jam
F19 = F19metilen klorida + F19 polikarbonat + F19 piridin
F19 = 2548,4507 + 1979,7980 + 61,6813 = 4589,9299 kg/jam
F18NaOH = F16NaOH = 32,8748 kg/jam
F18garam bisfenol = F16garam bisfenol = 3,6103 kg/jam
F18 NaCl = F16 NaCl = 911,9542 kg/jam
F18bisfenol-a = F16bisfenol-a = 93,6930 kg/jam
F18air = F16air = 281,0791 kg/jam
F18 = 32,8748 + 3,6103 + 911,9542 + 93,6930 + 281,0791 = 1323,2114 kg/jam
Neraca Massa Total :
F16 = F19 + F18
F16 = F19 + F18 = 4589,9299 + 1323,2114 = 5913,1413 kg/jam.
Universitas Sumatera Utara
LA.5 Dekanter II (FL-102)
(17)
polikarbonat
metilen klorida
piridin
(19)
Metilen klorida
(20)
Dekanter II
(FL-102)
(21)
Metilen klorida
piridin
Metilen klorida
Polikarbonat
Piridin
Prinsip kerja:
Penambahan pelarut inert metilen klorida sebanyak 50% dari total metilen klorida
yang ditambahkan di reaktor polimerisasi (R-102). Dengan penambahan ini akan
mengakibatkan semakin viscousnya polikarbonat dan akan membentuk dua fasa
antara larutan organik dan larutan aqueous. Efisiensi pemisahan sebesar 90% yang
artinya 10% piridin akan berada di fasa organik dan 90%nya berada di fasa aqueous
dan sebaliknya untuk metilen klorida. Sedangkan polikarbonat seluruhnya berada di
fasa organik.
Pemisahan dilakukan secara gravitasi sehingga fasa aqueous akan keluar secara
melalui aliran atas, dan fasa organik akan keluar melalui bagian bawah.
Neraca Massa Komponen:
F19metilen klorida = 2548,4507 kg/jam
F19 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam
F19 piridin = 61,6813 kg/jam
F17metilen klorida = 0,5 × (F7metilen klorida + F9metilen klorida )
F17metilen klorida = 0,5 × 2548,4507 kg/jam = 1274,2253 kg/jam
F20 metilen klorida = 0,1 × (F17metilen klorida + F19metilen klorida )
F20 metilen klorida = 0,1 × (1274,2253 + 2548,4507) = 382,2676 kg/jam
F21 metilen klorida = 0,9 × (F17metilen klorida + F19metilen klorida )
F21 metilen klorida = 0,9 × (1274,2253 + 2548,4507) = 3440,4084 kg/jam
F21 polikarbonat = F19 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam
F20 piridin = 0,9 × F19 piridin
Universitas Sumatera Utara
F20 piridin = 0,9 × 61,6813 = 55,5131 kg/jam
F21 piridin = 0,1 × F19 piridin
F21 piridin = 0,1 × 61,6813 = 6,1681 kg/jam
Neraca Massa Total:
F19 + F17 = F19metilen klorida + F19 polikarbonat + F19 piridin + F17metilen klorida
F19 + F17 = 2548,4507 + 1979,7980 + 61,6813 + 1274,2253 = 5864,1552 kg/jam.
F20 + F21 = F20metilen klorida + F20 piridin + F21metilen klorida + F21 piridin + F21 polikarbonat
F20 + F21 = 382,2676 + 55,5131 + 3440,4084 + 6,1681 + 1979,7980
F20 + F21 = 5864,1552 kg/jam.
LA.6 Mixing Point III (M-103)
(12)
(6)
piridin
piridin
metilen klorida
Mixing Point III
(M-103)
(9)
piridin
metilen klorida
Neraca Massa Komponen:
F12 piridin = 55,5131 kg/jam.
F12 metilen klorida = 382,2676 kg/jam.
F9 piridin = 61,6813 kg/jam.
F6 piridin = F9 piridin - F12 piridin = 61,6813 - 55,5131 = 6,1681 kg/jam.
F9 metilen klorida = F12 metilen klorida = 382,2676 kg/jam.
Universitas Sumatera Utara
LA.7 Washer (W-101)
Pada washer ini ditambahkan sejumlah air panas bersuhu 80 oC untuk menetralisir
pH larutan.
(26)
(21)
polikarbonat
metilen klorida
piridin
air
Washer
(W-101)
(27)
polikarbonat
metilen klorida
piridin
air
Neraca Massa Komponen:
F21 piridin = 6,1681 kg/jam.
F21 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam.
F21 metilen klorida = 3440,4084 kg/jam.
F26 air = F21 = F21metilen klorida + F21 piridin + F21 polikarbonat = 5426,3745 kg/jam.
F27 piridin = 6,1681 kg/jam.
F27 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam.
F27 metilen klorida = 3440,4084 kg/jam.
F27 air = F26 air = 5426,3745 kg/jam.
Neraca Massa Total:
F21 + F26 = F21metilen klorida + F21 piridin + F21 polikarbonat + F26 air
F21 + F26 = 3440,4084 + 6,1681 + 1979,7980 + 5426,3745 = 10.852,7490 kg/jam.
F27 = F27metilen klorida + F27 piridin + F27 polikarbonat + F27 air
F27 = 3440,4084 + 6,1681 + 1979,7980 + 5426,3745 = 10.852,7490 kg/jam.
Universitas Sumatera Utara
LA.8 Splitter (SP-101)
Fungsi splitter adalah untuk membagi aliran metilen klorida (recycle) ke mixing point
II dan ke dekanter II. Pembagian didasarkan pada penambahan 50% metilen klorida
ke dekanter II berasal dari Splitter.
(23)
metilen klorida
Splitter
(SP-101)
(17)
(11)
metilen klorida
metilen klorida
Neraca Massa Komponen:
F23metilen klorida = 3415,2508 kg/jam.
F17metilen klorida = 0,5 × (F7metilen klorida + F9metilen klorida ) = 1274,2253 kg/jam
F11metilen klorida = F23metilen klorida - F17metilen klorida
F11metilen klorida = 3415,2508 - 1274,2253 = 2141,0254 kg/jam.
Neraca Massa Total:
F23 = F17 + F11
F23 = 1274,2253 + 2141,0254 = 3415,2508 kg/jam.
LA.9 Flash Drum (S-101)
Alat ini digunakan untuk memisahkan pelarut (metilen klorida) dari campurannya
sehingga dapat direcycle ke reaktor polimerisasi (R-102).
Prinsip peristiwa perpindahan:
Perbedaan komposisi fasa cair dan fasa uap setiap zat dalam campuran pada saat
kesetimbangan atau perbedaan atau perpindahan titik didih (boiling point)/tekanan
uap (vapor pressure) setiap zat dalam campuran pada kondisi operasi alat (Walas,
1988).
Prinsip kerja alat:
Flash drum digunakan karena zat yang diinginkan memiliki perbedaan titik didih
yang sangat jauh dari zat yang lain. Perpindahan terjadi saat campuran mencapai
kesetimbangan, zat dengan komposisi fasa cair yang lebih banyak akan berada pada
Universitas Sumatera Utara
bagian bottom sedangkan zat dengan komposisi fasa uap yang lebih banyak akan
berada pada bagian atas (menguap) (Geankoplis, 2003 ; Walas, 1988).
(31)
(27)
polikarbonat
metilen klorida
piridin
air
metilen klorida
piridin
air
Flash Drum
(S-101)
(33)
polikarbonat
metilen klorida
piridin
air
Dimana:
Titik didih senyawa pada tekanan 1 atm (101, 325 kPa)
Air (H2O)
100oC
o
(Windhloz, 1983)
Metilen klorida (CH2Cl2)
39,6 C
(Perry, 2008)
Piridin (C5H5N)
115,2oC
(Perry, 2008)
Polikarbonat ((C16H14O3)43) diasumsikan seluruhnya berada pada aliran bottom
karena titik flash yang sangat jauh yaitu 630 oC (Cityplastic, 2009) sehingga untuk
penghitungan komposisi keseimbangan hanya ada 3 komponen yaitu air, metilen
klorida, dan piridin.
Laju alir massa
F27 = 10.852,7490 kg/jam
F27air = 5426,3745 kg/jam
F27metilen klorida = 3440,4084 kg/jam
F27 piridin = 6,1681 kg/jam
F27 polibisfenol-a karbonat = F33 polibisfenol-a karbonat = 1979,7980 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Penentuan temperatur flash drum
Fraksi masing – masing komponen pada umpan (alur 27)
X27 air = 0,1219
X27 metilen klorida = 0,8768
X27 piridin = 0,0013
Pada kondisi operasi :
P = 1 atm (101,325 kPa)
T = 50 oC (323,15 K)
Xi = Zi
Pbuble = Σ Xi. Pi sat
(Smith, dkk, 2005)
Yi = Ki.Zi
1
Pdew =
Yi
sat
Pi
(Smith, dkk, 2005)
Tabel LA. 1 Data Trial Temperatur dan Komposisi Flash Drum (S-101)
Komponen
Xi
Pi sat*
metilen klorida
0,8768 144,2637
Air
0,1219
12,4052
piridin
0,0013
9,4677
Total
1 166,1366
* App B Smith, dkk, 2005
Ki (Pi sat/P)
1,4238
0,1224
0,0934
Xi. Pi sat
Ki.Xi
126,4904
1,5122
0,0123
1,2484
0,0149
0,0001
1
Yi
sat
Pi
0,00865
0,00120
0,00001
0,00986
Dari tabel di atas diperoleh : Pdew < P < Pbuble, sehingga terjadi keseimbangan uap
cair (Daubert, 1985).
Penentuan komposisi umpan dan bottom Flash Drum.
Mol total umpan masuk, N = 342,0521 kmol/jam
Zmetilen klorida
= Xmetilen klorida
= 0,8768
Zair
= Xair
= 0,1219
Zpiridin
= Xpiridin
= 0,0013
f (Vj) =
Zi ( Ki 1)
1 V ( Ki 1)
f’ (Vj) =
Zi ( Ki 1)
1 V ( Ki 1)
2
Universitas Sumatera Utara
Vj+1 = Vj
f (Vj )
f ' (Vj )
j = 0, 1, 2, 3,….dst dilakukan iterasi hingga nilai Vj+1 = Vj
(Smith, dkk, 2005)
Iterasi 1.
Vo = 0,1341
f (Vo) = 0,0001
f’ (Vo) = 0,1937
f (Vo )
V1 = Vo
f ' (Vo )
0,0001
0,1937
V1 = 0,1341 – 0,0006
V1 = 0,1334
V1 = 0,1341
Maka, V = 0,1334 dan L = 0,8666
Zi.F = Xi.L + Yi.V ; Yi = Ki.Xi
Zi.F = Xi.L + Ki.Xi.V
Zi.F = Xi.( L + Ki..V)
Z i .F
Xi =
L Ki .V
Basis F = 1 mol, maka
Xmetilen klorida
= 0,0010
Xair
= 0,9978
Xpiridin
= 0,0212
Maka komposisi senyawa di bottom adalah :
F33 polikarbonat
= F27 polikarbonat
F33 piridin
= X33 piridin × L × N33 × Mr piridin
= 1979,7980 kg/jam
F33 piridin
= 0,0212 × 0,8666 × 296,1892 × 79
= 1,4580 kg/jam.
F33 metilen klorida
= 0,0010 × 0,8666 × 296,1892× 84,93
= 25,1577 kg/jam.
F33 air
= 0,9978 × 0,8666 × 296,1892 × 18
= 5.325,7423 kg/jam.
Neraca Massa Komponen:
F31 piridin
= F27 piridin – F33 piridin
= 6,1681 – 1,4580 = 4,7101 kg/jam.
Universitas Sumatera Utara
F31 metilen klorida = F27 metilen klorida – F33 metilen klorida
F31 metilen klorida = 3.415,2508 – 25,1577 = 3.415,2508 kg/jam.
F31 air
= F27 air – F33 air = 5.426,3745 – 5.325,7423
F31 air
= 100,6322 kg/jam.
Neraca Massa Total
F33 = F33 polikarbonat + F33 piridin + F33 metilen klorida + F33 air
F33 = 1979,7980 + 1,4580 + 25,1577 + 5.325,7423 = 7332,1559 kg/jam.
F31 = F31 polikarbonat + F31 piridin + F31 metilen klorida + F31 air
F31 = 0 + 4,7101 + 3.415,2508 + 100,6322 = 3.520,5931 kg/jam.
F31 + F33 = 3.520,5931 + 7332,1559 = 10.852,7490 kg/jam.
LA.10 Mixing Point II (M-102)
(11)
(1)
metilen klorida
metilen klorida
Mixing Point II
(M-102)
(7)
metilen klorida
Neraca Massa Komponen:
F11metilen klorida = 2141,0254 kg/jam.
F7metilen klorida = 2166,1813 kg/jam
F1metilen klorida = F7metilen klorida - F11metilen klorida = 2166,1813 - 2141,0254
F1metilen klorida = 25,1577 kg/jam.
LA.11 Evaporator I (FE-101)
Alat ini digunakan untuk menguapkan piridin, metilen klorida, dan sebagian besar air
yang terdapat dalam campuran polikarbonat.
Kadar polikarbonat masuk = 27%
Kadar polikarbonat keluar = 50%
Universitas Sumatera Utara
(34)
(33)
polikarbonat
air
metilen klorida
piridin
metilen klorida
air
piridin
Evaporator I
(FE-101)
(35)
polikarbonat
air
Neraca Massa Komponen:
F34metilen klorida = F33metilen klorida = 25,1577 kg/jam.
F34piridin = F33piridin = 1,4580 kg/jam.
F35air = F33air - (0,5 × F33air ) / 0,5
F35air = 1979,7980 kg/jam.
F34air = F33air - F35air = 5.325,7423 – 1979,7980 = 3.345,9443 kg/jam.
F35 polikarbonat = F33 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam.
Neraca Massa Total:
F34 = F34piridin + F34metilen klorida + F34air = 1,4580 + 25,1577 + 3.345,9443
F34 = 3.372,5600 kg/jam.
F35 = F35polikarbonat + F35air = 1979,7980 + 1979,7980 = 3.959,5959 kg/jam.
F33 = F34 + F35 = 3.372,5600 + 3.959,5959 = 7.332,1559 kg/jam
LA.12 Evaporator II (FE-102)
Alat ini digunakan untuk menguapkan sebagian besar air yang terdapat dalam
campuran polikarbonat dari evaporator I dengan memanfaatkan uap panas yang
dihasilkan dari evaporator I..
Kadar polikarbonat masuk = 50%
Kadar polikarbonat keluar = 70%
Universitas Sumatera Utara
(36)
(35)
polikarbonat
air
air
Evaporator II
(FE-102)
(37)
polikarbonat
air
Neraca Massa Komponen:
F37air = (F35 polikarbonat - 0,7 × F35 polikarbonat )/0,7
F37air = (1979,7980 - 0,7 × 1979,7980)/0,7 = 848,4848 kg/jam.
F37 polikarbonat = F35 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam.
F36air = F35air - F37air = 1979,7980 - 848,4848 = 1131,3131 kg/jam.
Neraca Massa Total:
F37 = F37polikarbonat + F37air = 1979,7980 + 848,4848 = 3959,5959 kg/jam.
F36 = F36air = 1131,3131 kg/jam.
F35 = F36 + F37 = 1131,3131 + 3959,5959 = 3959,5959 kg/jam
LA.13 Evaporator III (FE-103)
Alat ini digunakan untuk menguapkan sebagian besar air yang terdapat dalam
campuran polikarbonat dari evaporator II dengan memanfaatkan uap panas yang
dihasilkan dari evaporator II.
Kadar polikarbonat masuk = 70%
Kadar polikarbonat keluar = 90%
Universitas Sumatera Utara
(38)
(37)
polikarbonat
air
air
Evaporator III
(FE-103)
(40)
polikarbonat
air
Neraca Massa Komponen:
F40air = (F40 polikarbonat - 0,9 × F40 polikarbonat )/0,9
F40air = (1979,7980 - 0,9 × 1979,7980)/0,9 = 219,9776 kg/jam.
F40 polikarbonat = F37 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam.
F38air = F37air – F40air = 848,4848 – 219,9776 = 336,7003 kg/jam.
Neraca Massa Total:
F40= F40polikarbonat + F40air = 1979,7980 + 219,9776 = 2199,7755 kg/jam.
F38 = F38air = 336,7003 kg/jam.
F37 = F38 + F40 = 2199,7755 + 336,7003 = 2828,2828 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA PANAS
Kapasitas Produksi
: 2020,2020 kg/jam
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Waktu operasi
: 330 hari / tahun ; 24 jam / hari
Satuan operasi
: kg/jam
Suhu referensi
: 25oC (298,15 K)
Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut:
Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983):
Cp = a + bT + cT2 + dT3
Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi:
T2
CpdT a(T
2
T1
b 2
c 3
d
2
3
4
4
T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 )
2
3
4
Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah:
T2
Tb
T2
T1
T1
Tb
CpdT Cp1dT H VI Cpv dT
Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi:
T
T
2
2
dQ
rH r (T ) N CpdTout N CpdTin
dt
T1
T1
B.1 Data Perhitungan Cp
Tabel LB.1 Nilai Konstanta a,b,c,d dan e untuk perhitungan Cp cairan
Komponen
a
1,078E+06
C5H5N
1,772E+01
HCl
7,996
CH2Cl2
1,829E+01
H2 O
Sumber : (Reklaitis, 1983)
Cp = a + bT + cT2 + dT3
T2
CpdT a(T
2
T1
B
-3,478E+02
0,9043
0,7985
0,4721
c
3,9565
-0,0056
-0,0035
-0,0013
d
1,133E-05
5,551E-06
1,314E-06
[J/mol K]
b 2
c 3
d
2
3
4
4
T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 )
2
3
4
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.2 Nilai konstanta a,b,c,d,dan e untuk perhitungan Cp gas
Komponen
a
B
2,212E+01
0,2111
Fosgen
3,40471E+01 -9,65604E-03
Air
Sumber : (Reklaitis, 1983)
Cpg = a + bT + cT2 + dT3 + eT4
T2
Cp dT a(T
2
g
T1
B.2
c
-0,0003
3,29883E-05
d
2,861E-07
-2,04467E-08
e
-9,134E-11
4,30228E-12
[J/mol. K]
b 2
c 3
d 4
e 5
2
3
4
5
T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 )
2
3
4
5
Estimasi Cp
B.2.1 Estimasi Cp Padatan dengan Metode Hurst dan Harrison
Tabel LB. 3 Kontribusi unsur dan gugus untuk estimasi Cp
ΔE (J/mol.K)
10,89
7,56
13,42
Unsur
C
H
O
Sumber : (Perry, 1999)
Perhitungan kapasitas panas dihitung dengan rumus:
Cp = ∑i=1 σi ∆Ei
(Perry, 1999)
Dimana:
Cp = Kapasitas panas (kJ/kmol.K)
Ni = Jumlah unsur i dalam senyawa
ΔEi = Nilai kontribusi unsur i
Kapasitas panas padatan bisfenol-a (C15H16O2) :
Cp = 15 × 10,89 + 16 × 7,56 + 2 × 13,42
Cp = 311,1500 kJ/kmol.K
Universitas Sumatera Utara
B.2.1 Estimasi Cp Cairan dengan Metode Chueh dan Swanson
Tabel LB.5 Kontribusi Gugus Kapasitas Panas Cairan
Gugus
Harga
9,95
2
CH3
C
3,80
C
H
O
OH
C
3,5
8,4
10,5
14,5
O
Sumber : (Reid, 1977)
Tabel LB.6 Data Panas Laten Air
∆Hvl (kJ/kg)
T (oC)
114,7
2189
96,3424
2232,0332
64,2248
2283,0897
Sumber : (Geankoplis, 2003)
B.3 Panas Pembentukan Standar
Tabel LB.7 Data Panas Pembentukan Standar
Komponen
∆Hof
-218,8
Fosgen
-407,27
Natrium Klorida
-470,114
Natrium
Hidroksida
140,03
Piridin
-167,159
Asam Klorida
-121,46
Metilen Klorida
-285,83
Air
-874,372
Garam Bisfenol
-18027,922
Polikarbonat
-646,8968
Bisfenol-a
Sumber : (Purba, 2000 ; Yaws, 1993)
kJ/kgmol
kJ/kgmol
kJ/kgmol
kJ/kgmol
kJ/kgmol
kJ/kgmol
kJ/kgmol
kJ/kgmol
kJ/kgmol
kJ/kgmol
Universitas Sumatera Utara
LB.1 Reaktor Deprotonasi (R-101)
Saturated Steam
124,7oC
Bisfenol-a
25oC; 1 atm
NaOH
25oC; 1 atm
2
4
3
Bisfenol-a
NaOH
Garam Bisfenol
Air
40oC; 1 atm
Kondensat
124,7oC
Neraca Panas Masuk
298,15
Panas masuk pada alur 2, (Q2) = N s2 CpdT = 0
298,15
298,15
Panas masuk pada alur 3, (Q3) = N CpdT = 0
298,15
3
s
Neraca Panas keluar
313,15
Panas keluar pada alur 4, (Q4) = N CpdT
298,15
4
s
313,15
4
CpdT = 0,4109 kgmol/jam x 4667,2500 kJ/kgmol
Q4(bisfenol-a) = N bisfenolA
298,15
= 1917,9335 kJ/jam
Q4(NaOH) = N
4
NaOH
313,15
CpdT = 0,8219 kgmol/jam x 0,0497 kJ/kgmol
298,15
= 0,0408 kJ/jam
Q4(garam bisfenol) = N
4
garambisfenol
313,15
CpdT = 7,8078 kgmol/jam x 1,8105 kJ/kgmol
298,15
= 14,1359 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
313,15
Q4(air) = N CpdT = 15,6155 kgmol/jam x 1125,7906 kJ/kgmol
298,15
4
air
= 17.579,7908 kJ/jam
Qout
= Q4(bisfenol A) + Q4(NaOH) + Q4(garam bisfenol) + Q4(air)
= 1917,9335 kJ/jam + 0,0408 kJ/jam + 14,1359 kJ/jam
+ 17.579,7908 kJ/jam
= 19.511,9011 kJ/jam
Reaksi di dalam Reaktor Deprotonasi:
2NaOH(l)
+
C15H16O2(s)
C15H14O2Na2(l) +
r1
= konversi x Ngaram bisfenol
r1
= 0,95 x 7,8078 = 7,8078 kmol/jam
2H2O(l)
Panas reaksi yang terjadi pada 25oC dan 1 atm:
∆Hr (25oC) = [∆Hof produk- ∆Hof reaktan]
= [∆HofC15H14O2Na2+2 x ∆Hof H2O –2 x ∆Hof NaOH-∆Hof C15H16O2]
= [(-874,3720)+(2x-285,83)-(2x-470,114)-(-646,8968)]
= 141,0928 kJ/jam
313,15
313,15
∆Hr (40oC) = ∆Hr(2ηoC)+ Cp garambisfenol dT + 2x Cp air dT
298,15
298,15
313,15
2 x Cp NaOH dT
298,15
313,15
CpbisfenolAdT
298,15
= 141,0928 + 1,8105 + 2 x 1125,7906 – 2 x 0,0497 – 4667,2500
= -2272,8152 kJ/jam
Q reaksi
= -2272,8152 kJ/jam x 7,8078 kmol/jam
= -17.745,5803 kJ/jam
dQ/dt
= Qout – Qin + Qreaksi
= 19.511,9011 – 0 – 17.745,5803
= 1.766,3208 kJ/jam
Tanda positif menunjukkan sistem membutuhkan panas sebesar 1.766,3208 kJ/jam
sehingga untuk memenuhi kebutuhan panas ini dibuat koil pemanas yang di
dalamnya mengalir saturated steam 124,7oC.
Massa saturated steam (124,7oC) yang diperlukan adalah:
Universitas Sumatera Utara
m
=
dQ / dt
(124,7 0 C )
=
1.766,3208
= 0,8069 kg/jam
2189
LB.2 Cooler (E-101)
Air
15oC
Bisfenol
Garam bisfenol
NaOH
Air
40 oC, 1 atm
4
8
Bisfenol
Garam bisfenol
NaOH
Air
25 oC, 1 atm
Air
25oC
Neraca Panas Masuk:
Qin
=N4bisfenol-a
313,15
313,15
313,15
313,15
298,15
298,15
298,15
298,15
4
CpdT +N NaOH
4
CpdT +N garam bisfenol
4
CpdT + N air
CpdT
= 0,4109 x 4667,2500 + 0,8219 x 0,0497 + 7,8078 x 1,8105 + 15,6155 x
1125,7906
= 19.511,9011 kJ/jam
Neraca Panas Keluar:
Qout =N8bisfenol-a
298,,15
298,15
298,15
298,15
298,15
298,15
298,15
298,15
8
CpdT +N NaOH
8
CpdT +N garam bisfenol
8
CpdT +N air
CpdT
=0
Panas yang dibutuhkan adalah:
dQ/dt = Qout – Qin
= 0 – 19.511,9011
= -19.511,9011
Air Pendingin masuk (15oC) ; H1 = 62,9 kJ/kg
Air Pendingin keluar (25oC) ; H2 = 104,8 kJ/kg
(Rogers dan Mayhew, 1995)
Universitas Sumatera Utara
Maka, massa air pendingin yang diperlukan:
m
=
dQ / dt
H 2 H1
m
=
19.511,9011
41,9
m
= 465,6778 kg/jam
LB.3 Reaktor Polimerisasi (R-102)
13
Metilen Klorida
25 oC, 1 atm
Bisfenol A
Garam bisfenol
NaOH
Air
25o C, 1 atm
Fosgen
25o C; 1,6 atm
Bisfenol A
Garam bisfenol
NaOH
Air
NaCl
Metilen Klorida
Polikarbonat
Piridin
25 oC, 1 atm
7
8
11
Air Pendingin
15 oC, 1 atm
Air pendingin keluar
25o C, 1 atm
10
Fosgen
25 oC; 1,6 atm
7
Panas Masuk = ∑ N senyawa
298,15
298,15
298,15
298,15
298,15
298,15
8
CpdT + ∑ N senyawa
298,15
Panas Keluar = ∑ N
11
senyawa
CpdT + ∑ N
298,15
10
CpdT + ∑ N senyawa
CpdT = 0
298,15
13
senyawa
CpdT = 0
298,15
Reaksi dalam reaktor ini adalah:
43C15H14O2Na2
+
43COCl2
(C16H14O3)43
+
86NaCl
Konversi reaksi = 99,83%
r2 = konversi × Ngaram bisfenol =
0,9983 7,8078
0,1813 kmol/jam
43
∆Hr (25oC) = [∆Hof produk- ∆Hof reaktan]
= [∆Hof (C16H14O3)43 + 8θ x ∆Hof NaCl – 43 x ∆Hof C15H14O2Na2 –
43 x ∆Hof COCl2]
Universitas Sumatera Utara
= [(-18027,9220) + (86x-407,270) - (43x-847,372) - (43 x -218,8)]
= -6046,7460 kJ/jam
Q reaksi
= -6046,7460 kJ/jam x 0,1813 kmol/jam
= -1.096,0819 kJ/jam
Panas yang dibutuhkan adalah:
dQ/dt = Qout – Qin + Qreaksi
= 0 – (-1.096,0819) = 1.096,0819
Air Pendingin masuk (15oC) ; H1 = 62,9 kJ/kg
Air Pendingin keluar (25oC) ; H2 = 104,8 kJ/kg
(Rogers dan Mayhew, 1995)
Maka, massa air pendingin yang diperlukan:
m
=
dQ / dt
H 2 H1
m
=
1.096,0819
41,9
m
= 49,0522 kg/jam
LB.4 Washer (W-101)
Air
80 oC, 1 atm
26
Polikarbonat
Piridin
Metilen Klorida
25o C, 1 atm
21
27
Polikarbonat
Piridin
Metilen Klorida
Air
34,69o C, 1 atm
Neraca Panas Masuk:
Q21 = N21polikarbonat
298,15
21
CpdT + N piridin
298,15
Q26 = N26air
298,15
21
CpdT + N metilen
298,15
298,15
CpdT
=0
298,15
353,15
CpdT = 301,4653 x 4149,1778 = 1.250.832,9136 kJ/jam
298,15
Qin
= Q21 + Q26 = 0 + 1.250.832,9136 = 1.250.832,9136 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Panas yang masuk pada washer sama dengan panas yang keluar. Dengan cara
trial and eror diperoleh suhu keluar sebesar 34,6671oC.
LB.5 Heater (E-104)
Saturated steam
124,7oC; 2,25 atm
Polikarbonat
Piridin
Metilen Klorida
Air
25o C, 1 atm
27
Polikarbonat
Piridin
Metilen Klorida
Air
80o C, 1 atm
28
Kondensat
124,7oC; 2,25 atm
Neraca Panas Masuk:
Qin
=N27polikarbonat
307,84
CpdT +N
27
307,84
piridin
298,15
CpdT +N
27
307,84
CpdT + N
metilen
298,15
27
air
298,15
307,84
CpdT
298,15
= 0,1813 x 223,9715 + 0,0781 x 12.918.449,1070 + 30,0065 x 786,3880 +
301,4653 x 724,9755
= 1.250.832,9137 kJ/jam
Neraca Panas Keluar:
Qout =N28polikarbonat
307,84
307,84
307,84
307,84
298,15
298,15
298,15
298,15
28
CpdT +N piridin
28
CpdT +N metilen
28
CpdT + N air
CpdT
= 0,1813 x 579,2122 + 0,0781 x 33.811.401,0832 + 30,0065 x 2.074,5595 +
301,4653 x 1878,9098
= 3.268.692,0320 kJ/jam
Panas yang dibutuhkan adalah:
dQ/dt = Qout – Qin
= 3.268.692,0320 kJ/jam – 1.250.832,9137 kJ/jam
= 2.017.859,1183 kJ/jam
Massa saturated steam (124,7oC) yang diperlukan adalah:
m
=
dQ / dt
(124,7 0 C )
Universitas Sumatera Utara
=
2.017.859,1183
2189
= 921,8178 kg/jam
LB.6 Heater (E-103)
Saturated steam
124,7oC; 2,25 atm
Air
25 oC, 1 atm
25
Air
55 oC, 1 atm
26
Kondensat
124,7oC; 2,25 atm
Neraca Panas Masuk:
Qin
=N25air
298,15
CpdT
=0
298,15
Neraca Panas Keluar:
Qout =N26air
353,15
CpdT = 301,4653 kgmol/jam x 4149,1778 kJ/kgmol
298,15
= 1.250.832,9136 kJ/jam
Panas yang dibutuhkan adalah:
dQ/dt = Qout – Qin
= 0 – 1.250.832,9136 kJ/jam
= - 1.250.832,9136 kJ/jam
Massa saturated steam (124,7 oC) yang diperlukan adalah:
m
=
dQ / dt
(124,7 0 C )
m
=
1.250.832,9136
= 571,4175 kg/jam
2189
Universitas Sumatera Utara
LB.7 Dessicant (DS-101)
DS-101
Udara Panas
Masuk
T = 110oC
H = 0,005 kg H2O / kg udara kering
Udara Panas
Keluar
T = 35oC
H = 0,0357 kg H2O / kg udara kering
Udara panas masuk:
Temperatur
= 110oC
H1
= 0,005 kg H2O/kg udara kering
Udara keluar meninggalkan dessicant dengan humiditi 100% sehingga diperoleh:
Temperatur
= 35oC
H2
= 0,0357 kg H2O/kg udara kering
(Fig. 21 Humidity Chart dalam Larian, 1950)
Banyaknya jumlah uap air yang dijerap adalah 197,5169 kg/jam.
Maka massa udara panas yang dibutuhkan dapat dihitung dengan menggunakan
rumus :
m
H 2 H1
(Larian, 1950)
massa udara panas yang dibutuhkan adalah:
105,3424
3431,3471 kg/jam.
0,0357 0,005
Udara panas masuk ke dessicant setiap empat jam sehingga jumlah udara panas yang
dibutuhkan adalah : 3431,3471 / 4 = 857,8368 kg/jam.
LB.8 Condenser (E-102)
Air
15oC
Metilen
50o C, 1 atm
23
15
Metilen
25 oC, 1 atm
Air
25oC
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas Masuk:
Q23 = N23metilen
323,15
CpdT
= 40,2125 x 2074,5595 = 83.423,2991 kJ/jam
298,15
Panas yang dilepas pengembunan uap metilen klorida :
Q
=m.
= 40,2125 × 67.667,2157 = 2.045.541,6506 kJ/jam
Qin
= Q23 + m.
= 83.423,2991 + 2.045.541,6506 = 2.128.964,9497 kJ/jam
Neraca Panas Keluar:
Qout =N15air
298,15
CpdT = 0
298,15
Panas yang dibutuhkan adalah:
dQ/dt = Qout – Qin
= 0 – 2.128.964,9497 kJ/jam
= - 2.128.964,9497 kJ/jam
Air Pendingin masuk (15oC) ; H1 = 62,9 kJ/kg
Air Pendingin keluar (25oC) ; H2 = 104,8 kJ/kg
(Reklaitis, 1983)
Maka, massa air pendingin yang diperlukan:
m
=
dQ / dt
H 2 H1
m
=
2.128.964,9497
41,9
m
= 50.810,6193 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LB.9 Evaporator I (FE-101)
34
Polikarbonat
Piridin
Metilen Klorida
Air
25oC
Piridin
Metilen Klorida
Air
114,7oC
33
Polikarbonat
Air
114,7oC
Saturated steam
124,7oC
35
Diasumsikan ∆t pada = 10oC.
Neraca Panas Masuk Evaporator I:
Qin =
N33polikarbonat
323,15
323,15
323,15
298,15
298,15
298,15
CpdT
+N33metilen
CpdT
+N33piridin
CpdT
+
323,15
CpdT
N33air
298,15
= 0,1813 x 579,2122 + 0,2962 x 2074,5595 + 0,0185 x 33.811.401,0832
+ 295,8746 x 892,3319
= 888.755,7372 kJ/jam
Neraca Panas Keluar Evaporator I:
387,85
387,85
298,15
298,15
CpdT
Qout =N35polikarbonat
CpdT
+
N35air
+σ34metilen
x
∆HvL
+σ34piridin x ∆HvL + σ34air x ∆HvL
= 0,1813 x 2078,2132 + 109,9888 x 6796,5843 + 0,0185 x 128.029.861,4117
+ 0,2962 x 8362,8329 + 185,8858 x 5671,8679
= 4.167.620,5840 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air sehingga konsentrasi
polikarbonat yang keluar dari evaporator I sebesar 50 % adalah:
dQ/dT = Qout – Qin
= 4.167.620,5840 – 888.755,7372
= 3.278.864,8486 kJ/jam
Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 124,7
oC. Data saturated steam pada 124,7oC yang diperoleh dari App A.2-9 Geankoplis,
2003 sebagai berikut:
(υanas penguapan steam pada suhu 124,7oC) = 218λ kJ/kg
Maka steam yang dibutuhkan:
dQ / dt
m
=
3.278.864,8486
2189
=
= 1.497,8825 kg/jam
LB.10 Evaporator II (FE-102)
36
Polikarbonat
Air
114,7oC
35
Air
96,34oC
Uap panas
114,7oC
Polikarbonat
Air
96,34oC
37
Diasumsikan ∆t = 18,34 oC.
Neraca Panas Masuk Evaporator I:
387,85
387,85
298,15
298,15
CpdT
Qin = N35polikarbonat
CpdT
+N35air
Universitas Sumatera Utara
= 0,1813 x 2078,2132 + 109,9888 x 6796,5843
= 747.924,7010 kJ/jam
Neraca Panas Keluar Evaporator II:
Qout =N37polikarbonat
369, 49
369, 49
298,15
298,15
CpdT
+ N37air
CpdT
+ N36air x ∆HvL
= 0,1813 x 1653,3032 + 46,1380 x 5394,1367 + 62,8507 x 2232,0332
= 500.067,3532 kJ/jam
Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air sehingga konsentrasi
polikarbonat yang keluar dari evaporator II sebesar 70 % adalah:
dQ/dT = Qout – Qin
= 500.067,3532 - 747.924,7010
= - 247.857,3478 kJ/jam
Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur
114,7oC yang berasal dari uap evaporator I (FE-101). Data saturated steam pada
114,7 oC yang diperoleh dari App A.2-9 Geankoplis, 2003 sebagai berikut:
(υanas penguapan steam pada suhu 114,7 oC) = 2213 kJ/kg
Maka uap panas yang dibutuhkan:
dQ / dt
m
=
m
=
m
= 112,0006 kg/jam
247.857,3478
2213
LB.11 Evaporator III (FE-103)
38
Polikarbonat
Air
96,34oC
37
Air
64,22oC
Uap panas
96,34oC
41
Polikarbonat
Air
64,22oC
Universitas Sumatera Utara
Diasumsikan ∆t = 32,07oC.
Neraca Panas Masuk Evaporator III:
396, 49
37
Qin = N polikarbonat
CpdT
298,15
396, 49
37
+N air
CpdT
298,15
= 0,1813 x 1653,3032 + 47,1380 x 5394,1367
= 359.782,4404 kJ/jam
Neraca Panas Keluar Evaporator III:
337, 3887
CpdT
41
Qout =N polikarbonat
298,15
337, 3887
41
+ N air
CpdT
298,15
+ N38air x ∆HvL
= 0,1813 x 910,2898 + 12,2210 x 2958,3291 + 34,9171 x 2283,0897
= 143.939,0605 kJ/jam
Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air sehingga konsentrasi konsentrasi
polikarbonat yang keluar dari evaporator III sebesar 90% adalah:
dQ/dT = Qout – Qin
= 143.939,0605– 359.782,4404
= - 215.843,3799 kJ/jam
Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur
96,34 oC yang berasal dari uap dari evaporator II. Data saturated steam pada 96,34 oC
yang diperoleh dari App. A-2.9 Geankoplis, 2003 adalah sebagai berikut:
(υanas penguapan steam pada suhu λθ,34oC) = 2265 kJ/kg
Maka uap panas yang dibutuhkan:
dQ / dt
m
=
m
=
m
= 95,2951 kg/jam
215.843,3799
2265
Universitas Sumatera Utara
LB.12 Condenser (E-105)
Air
25oC
39
Uap Air
64,22oC
40
Air
25oC
Air
36oC
Neraca Panas Masuk:
Q39 = N39uap air
337, 37
CpdT
= 34,9171 x 1317,9371 = 46.018,5053 kJ/jam
298,15
Panas yang dilepas pengembunan uap air :
Q
=m.
= 34,9171 × 40.861,8 = 1.426.774,3965 kJ/jam
Qin
= Q39 + m.
= 46.018,5053 + 1.426.774,3965 = 1.427.792,9018 kJ/jam
Neraca Panas Keluar:
Qout =N4oair
298,15
CpdT = 0
298,15
Panas yang dibutuhkan adalah:
dQ/dt = Qout – Qin
= 0 – 1.427.792,9018 kJ/jam
= - 1.427.792,9018 kJ/jam
Air Pendingin masuk (25oC) ; H1 = 104,8 kJ/kg
Air Pendingin masuk (36oC) ; H2 = 150,86 kJ/kg
(Geankoplis, 2003)
Maka, massa air pendingin yang diperlukan:
m
=
dQ / dt
H 2 H1
m
=
1.427.792,9018
46,6
m
= 31.691,4738 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LB.13 Rotary Dryer (DD-101)
41
F padatan masuk = 1979,7980 kg/jam
T = 39,2387oC
X air = 10%
42
T = 70oC
DD-101
30
Udara Panas, 110oC
43
T = 80oC
X air = 2%
Temperatur basis, To = 0oC
Panas laten air (0oC), = 2η01,θ kJ/kg.K
Kapasitas panas polimer, Cp padatan = 2,0998 kJ/kg.K
Panas humiditas air – udara, Cs = 1,005 + 1,88H
Humiditas udara (T udara masuk 110oC), Hin = 0,006 kg H2O/kg udara
(Walas, dkk., 2005)
Kapasitas panas air, Cp air = 4,187 kJ/kg.K
Kapasitas panas udara, Cp udara = 1,007 kJ/kg.K
H’ udara = Cs (Ti-To) + Hi.
o
H’ padatan = Cp padatan (Ti-To) + Xi. Cp air (Ti-To)
Dimana:
H’
= entalpi (kJ/kg)
Cs
= panas humiditas air udara (kJ/kg.K)
Cp
= kapasitas panas (kJ/kg.K)
H
= humiditas udara (kg H2O/kg udara kering)
X
= moisture content padatan (kg air/kg padatan)
= panas laten air (kJ/kg)
T
= temperatur (0oC)
110oC, H’ udara masuk = (1,005 + 1,88 × 0,006) × (110-0) + 0,006 × 2501,6
110oC, H’ udara masuk = 126,8004
70oC, H’ udara keluar = H’42 = (1,00η + 1,88 × H’42) × (70-0) + H’42× 2501,6
70oC, H’ udara keluar = H’42 = 70,35 + 2633,2 H42
H’ padatan masuk = (2,0998) × (64,2248-0) + 0,1 × 4,187 × (64,2248-0) = 166,7872
Universitas Sumatera Utara
H’ padatan keluar = (2,0998) × (80-0) + 0,02 × 4,187 × (80-0) = 174,6832
Tabel LB.6 Entalpi Rotary Dryer (kJ/kg)
Alur
30
42
41
43
Udara
Padatan
H’ masuk
126,8004
166,7872
-
H’ keluar
70,35 + 2633,2 H42
174,6832
F padatan = 1979,7980 kg/jam
Neraca Panas Total Rotary Dryer
Asumsi : kondisi adiabatis, udara panas pengering kontak langsung dengan padatan.
dQ
Q out – Q in = 0
dT
Q out = Q in
Fudara × H’udara masuk + Fpadatan × H’in =F ’udara × H’udara keluar + F padatan × H’43
Fudara × H’udara masuk + Fpadatan × H’in = F’udara × H’42 + F padatan × H’43
Fudara × 126,8004 + 1979,7980× 166,7872 =
F’udara × (70,35 + 2633,2 H42) + 1979,7980× 174,6832
Fudara × 126,8004 + 330.204,8834 = Fudara × (70,35 + 2633,2 H42) + 345.837,45
126,8004 Fudara – 15.632,5666 = 70,35 Fudara + 2633,2 Fudara H42
56,4504 Fudara – 15.632,5666 = 2633,2 Fudara H42
---*)
Neraca Massa Kandungan Air
Fudara × Hin+ Fpadatan × Xin = Fudara × H42+ F padatan × Xout
Fudara × 0,006 + 1979,7980 × 0,1 = Fudara × H42+ 1979,7980× 0,02
0,006 Fudara + 197,9798 = Fudara × H42 + 39,5960
0,006 Fudara + 158,3838 = Fudara H42
---**)
Dengan mensubstitusi persaman **) ke persamaan *), maka diperoleh:
56,4504 Fudara – 15.632,5666 = 2633,2 × (0,006 Fudara + 158,3838)
56,4504 Fudara – 15.632,5666 = 15,7922 Fudara + 589.143,3158
56,4504 Fudara – 15,7922 Fudara = 417.056,3275 - 15.632,5666
40,6512 Fudara = 401.423,7609
Fudara = 9.874,8318 kg/jam
H42 = 0,0208 kg air / kg udara kering.
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN C
PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN
LC.1 Tangki Penyimpanan Metilen Klorida (CH2Cl2) (V-101)
Fungsi
: Menyimpan larutan metilen klorida untuk kebutuhan
30 hari
Bahan Konstruksi
: Carbon steel SA-212, Grade B
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jenis Sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan:
Temperatur,
T = 25oC
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 30 hari
Laju alir massa,
F = 25,1577 kg/jam
ρ metilen klorida,
ρ = 1330 kg/m3
(Perry, 2008)
Perhitungan Ukuran Tangki:
1. Volume Tangki
V metilen klorida =
25,1577 kg / jam 30 hari 24 jam / hari
= 13,6192 m3
3
1330 kg / m
Faktor kelonggaran = 20%
Volume tangki, Vt = 1,2 × 13,6192 = 16,3430 m3
2. Diameter dan tinggi shell
Direncanakan:
Tinggi shell tangki : diameter tangki
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Volume shell tangki (Vs)
Vs = ¼ π D2Hs
5
Vs =
D 3
16
Hs : D = 5 : 4
Hh : D = 1 : 4
Universitas Sumatera Utara
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal, Vh =
24
D3
Volume tangki (V)
V = Vs + 2Vh
5
3
16,3430 =
D 3 +
D
16
12
19
16,3430 =
D 3
48
Maka diameter tangki, D = 2,3603 m = 92,9242 in
H
Tinggi shell tangki,
Hs = s D 2,9503 m
D
Tinggi tutup tangki,
Tinggi tangki,
H
Hh = h D 0,5901 m
D
Ht = Hs + 2Hh = 4,1305 m
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki
Untuk tutup atas tangki:
Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:
Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,5900 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :
Tinggi cairan dalam tangki, h =
13,6192 m 3
4,1305 m 3,4421 m
16,3430 m 3
Tekanan hidrostatik:
υ = ρ × g × h = 1330 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 3,4421 m = 44,8640 kPa
Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:
P operasi = 101,325 kPa + 44,8640 kPa = 146,1890 kPa
P desain = 1,2 × 146,1890 = 175,4268 kPa
Joint efficiency, E = 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress, S = 17500 psia = 120658,248 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki :
Universitas Sumatera Utara
t=
P D
nC
2SE 1,2 P
t=
175,4268 92,9242
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 1,2 175,4268
t = 0,2095 in
tebal shell standar yang digunakan = ¼ in.
Tebal tutup tangki bawah :
t=
P D
nC
2SE 0,2 P
t=
175,4268 92,9242
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 0,2 175,4268
t = 0,2095 in
tebal shell standar yang digunakan = ¼ in.
Tebal tutup tangki atas :
t=
P D
nC
2SE 0,2 P
t=
121,5900 92,9242
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 0,2 121,5900
t = 0,1835 in
tebal shell standar yang digunakan = ¼ in.
LC.2 Tangki Penyimpanan Natrium Hidroksida (NaOH) (V-102)
Fungsi
: Menyimpan larutan NaOH untuk kebutuhan
30 hari
Bahan Konstruksi
: Carbon steel SA-212, Grade B
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jenis Sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan:
Temperatur,
T = 25oC
Universitas Sumatera Utara
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 30 hari
Laju alir massa,
F = 657,4950 kg/jam
ρ larutan σaτH,
ρ = 1η20,3 kg/m3
(Perry, 1997)
Perhitungan Ukuran Tangki:
1. Volume Tangki
V NaOH =
657,4950 kg / jam 30 hari 24 jam / hari
= 311,3836 m3
3
1520,3 kg / m
V NaOH = 82.258,1927 gal
Untuk tangki dengan volume lebih besar daripada 10.000 gal, maka digunakan
tangki vertikal (Walas, dkk, 2005).
Faktor kelonggaran = 20%
Volume tangki, Vt = 1,2 × 311,3836 = 373,6603 m3
2. Diameter dan tinggi shell
Direncanakan:
Tinggi shell tangki : diameter tangki
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Volume shell tangki (Vs)
Vs = ¼ π D2Hs
5
Vs =
D 3
16
Hs : D = 5 : 4
Hh : D = 1 : 4
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal, Vh =
24
D3
Volume tangki (V)
V = Vs + 2Vh
5
3
373,6603 =
D 3 +
D
16
12
19
373,6603 =
D 3
48
Maka diameter tangki, D = 6,6990 m = 263,7406 in
H
Tinggi shell tangki,
Hs = s D 8,3738 m
D
Tinggi tutup tangki,
Tinggi tangki,
H
Hh = h D 1,6748 m
D
Ht = Hs + 2Hh = 11,7233 m
Universitas Sumatera Utara
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki
Untuk tutup atas tangki:
Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:
Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :
311,3836 m 3
11,7233 m 9,7694 m
Tinggi cairan dalam tangki, h =
373,6318 m 3
Tekanan hidrostatik:
υ = ρ × g × h = 1η20,3 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 9,7694 m = 145,5539 kPa
Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:
P operasi = 101,325 kPa + 145,5539 kPa = 246,8789 kPa
P desain = 1,2 × 246,8789 = 296,2547 kPa
Joint efficiency, E = 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress, S = 17500 psia = 120658,248 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki :
t=
P D
nC
2SE 1,2 P
t=
296,2547 264,1700
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 1,2 296,2547
t = 0,5305 in
tebal shell standar yang digunakan = ½ in
Tebal tutup tangki bawah :
t=
P D
nC
2SE 0,2 P
t=
296,2547 264,1700
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 0,2 296,2547
t = 0,5299 in
tebal shell standar yang digunakan = ½ in
Tebal tutup tangki atas :
Universitas Sumatera Utara
t=
P D
nC
2SE 0,2 P
t=
121,5900 264,1700
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 0,2 121,5900
t = 0,2911 in
tebal shell standar yang digunakan = ½ in
LC.3 Tangki Penyimpanan Fosgen (COCl2) (V-103)
Fungsi
: Menyimpan fosgen untuk kebutuhan 30 hari
Bahan Konstruksi
: Low alloy steel SA-353
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jenis Sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan:
Temperatur,
T = 25oC
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 30 hari
Laju alir massa,
F = 772,9676 kg/jam
ρ fosgen dalam fasa cair,
ρ = 1387 kg/m3
(Neogi, 2000)
Perhitungan Ukuran Tangki:
1. Volume Tangki
V fosgen =
772,9676 kg / jam 30 hari 24 jam / hari
= 401,2521 m3
3
1387 kg / m
V fosgen = 105.998,7664 gal
Untuk tangki dengan volume lebih besar daripada 10.000 gal, maka digunakan
tangki vertikal (Walas, dkk, 2005).
Faktor kelonggaran mengikuti
Faktor kelonggaran = 20%
Volume tangki, Vt = 1,2 × 401,2521 = 481,5025 m3
2. Diameter dan tinggi shell
Direncanakan:
Universitas Sumatera Utara
Tinggi shell tangki : diameter tangki
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Volume shell tangki (Vs)
Vs = ¼ π D2Hs
5
Vs =
D 3
16
Hs : D = 5 : 4
Hh : D = 1 : 4
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal, Vh =
24
D3
Volume tangki (V)
V = Vs + 2Vh
5
3
481,5025 =
D 3 +
D
16
12
19
481,5025 =
D 3
48
Maka diameter tangki, D = 7,2899 m = 287,0016 in
Hs
Tinggi shell tangki,
Hs =
D 9,1123 m
D
Tinggi tutup tangki,
Tinggi tangki,
Hh
Hh =
D 1,8225 m
D
Ht = Hs + 2Hh = 12,7572 m
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki
Untuk tutup atas tangki:
Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:
Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,321 kPa = 121,5900 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :
Tinggi gas dalam tangki, h =
401,2521 m 3
12,7572 m 10,6310 m
481,5025 m 3
Tekanan hidrostatik:
υ = ρ × g × h = 4,248 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 10,6310 m = 144,5034 kPa
Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:
P operasi = 101,325 kPa + 144,5034 kPa = 245,8284 kPa
P desain = 1,2 × 245,8284 = 294,9941 kPa
Joint efficiency, E = 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress, S = 22500 psia= 155.131,4984 kPa
(Brownell dan Young, 1959)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Universitas Sumatera Utara
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki :
t=
P D
nC
2SE 1.2 P
t=
294,9941 287,0016
10 (1 / 80)
2 155.131,4984 0,8 1.2 294,9941
t = 0,5644 in
tebal shell standar yang digunakan = ¾ in.
Tebal tutup tangki bawah :
t=
P D
nC
2SE 0,2 P
t=
294,9941 287,0016
10 (1 / 80)
2 155.131,4984 0,8 0.2 294,9941
t = 0,5637 in
tebal shell standar yang digunakan = ¾ n.
Tebal tutup tangki atas :
t=
P D
nC
2SE 0,2 P
t=
121,5900 287,0016
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 0,2 126,0970
t = 0,3058 in
tebal shell standar yang digunakan = ½ in.
LC.4 Tangki Penyimpanan Piridin (C5H5N) (V-104)
Fungsi
: Menyimpan piridin (katalis) untuk kebutuhan
30 hari
Bahan Konstruksi
: Carbon steel SA-212, Grade B
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jenis Sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Data Perhitungan:
Temperatur,
T = 25oC
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 30 hari
Laju alir massa,
F = 6,1681 kg/jam
ρ piridin,
ρ = λ81,λ kg/m3
(Perry, 2008)
Perhitungan Ukuran Tangki:
1. Volume Tangki
V piridin =
6,1681 kg / jam 30 hari 24 jam / hari
= 4,5229 m3
3
981,9 kg / m
Faktor kelonggaran = 20%
Volume tangki, Vt = 1,2 × 4,5229 = 5,4275 m3
2. Diameter dan tinggi shell
Direncanakan:
Tinggi shell tangki : diameter tangki
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Volume shell tangki (Vs)
Vs = ¼ π D2Hs
5
Vs =
D 3
16
Hs : D = 5 : 4
Hh : D = 1 : 4
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal, Vh =
24
D3
Volume tangki (V)
V = Vs + 2Vh
5
3
5,4275 =
D 3 +
D
16
12
19
5,4275 =
D 3
48
Maka diameter tangki, D = 1,4556 m = 57,3062 in
Hs
Tinggi shell tangki,
Hs =
D 1,8195 m
D
Tinggi tutup tangki,
Hh
Hh =
D 0,3639 m
D
Universitas Sumatera Utara
Tinggi tangki,
Ht = Hs + 2Hh = 2,5473 m
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki
Untuk tutup atas tangki:
Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:
Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :
4,5229m 3
2,5473 m 2,1227 m
Tinggi cairan dalam tangki, h =
5,4275 m 3
Tekanan hidrostatik:
υ = ρ × g × h = λ81,λ kg/m3 × 9,8 m/det2 × 2,1227 m = 20,4262 kPa
Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:
P operasi = 101,325 kPa + 20,4262 kPa = 121,7512 kPa
P desain = 1,2 × 121,7512 = 146,1014 kPa
Joint efficiency, E = 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress, S = 17500 psia = 120658,248 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki :
t=
P D
nC
2SE 1.2 P
t=
146,1014 79,3502
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 1.2 146,1014
t = 0,1684 in
tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in
Tebal tutup tangki bawah :
t=
P D
nC
2SE 0,2 P
t=
146,1014 79,3502
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 0.2 146,1014
t = 0,1684 in
Universitas Sumatera Utara
tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in
Tebal tutup tangki atas :
t=
P D
nC
2SE 0,2 P
t=
121,5900 57,3062
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 0,2 121,5900
t = 0,1655 in
tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in
LC. 5 Gudang Penyimpanan Bisfenol-a (C15H16O2) (F-101)
Fungsi
: Menyimpan Bisfenol-a dalam kemasan plastik
selama 7 hari
Bahan Konstruksi
: Dinding dari beton dan atap dari seng
Bentuk
: Prisma segi empat beraturan
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan:
Temperatur,
T = 25oC
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 7 hari
Laju alir massa,
F = 1.873,8608 kg/jam
ρ bisfenol-a,
ρ = 1,1λη kg/m3
(Perry, 1997)
Kapasitas gudang = 1.873,8608 kg/jam × 24 jam/hari × 7 hari = 314.808,6146 kg.
Bisphenol-a dikemas dalam goni plastik dengan kapasitas 50 kg/goni.
Maka goni yang dibutuhkan =
314.808,6146 kg
6.296,1723 goni
50kg / goni
Tinggi gudang:
Asumsi tebal 1 goni plastik = 15 cm
Maksimal tumpukan goni = 20 buah
Faktor kelonggaran = 50%
Tinggi gudang yang dibutuhkan = 1,5 × 15 cm × 30 = 4,5 m = 5 m.
Universitas Sumatera Utara
Panjang gudang:
Direncanakan susunan goni = 30 goni × 15 goni
Dimana panjang 1 goni = 60 cm
Faktor kelonggaran = 30%
Untuk jalan dalam gudang = 30%
Panjang gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 60 cm × 30 = 23,4 m = 24 m.
Lebar gudang :
Faktor kelonggaran = 30 %
Dimana lebar 1 goni 45 cm
Lebar gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 45 cm × 15 = 877,5 cm = 8,775 m ≈ 9 m.
LC.6 Blower I (B-101)
Fungsi
Tipe
Bahan konstruksi
Jumlah
: Mengumpankan fosgen ke mixing point I (M-101)
: Turbo blower
: Carbon steel
: 1 unit
Data perhitungan:
Temperatur,
Tekanan operasi,
Laju alir massa,
ρ fosgen,
T = 25 oC
P = 1,6 atm = 162,12 kPa = 650,8866 in H2O
F = 771,6365 kg/jam
ρ = 4,2480 kg/m3
F 771,6365 kg / jam
Laju alir volum, Q =
=181,6510 m3/jam = 106,9107 ft3/menit
3
4,248 kg / m
Daya turbo blower dapat dihitung dengan persamaan :
P = 0,000157 × Q (ft3/menit) × P (in H2O)
P = 0,000157 × 106,9107 × 650,8866 = 10,9251
Efisiensi blower = 80%
P = 10,9251/ 0,8 = 13,6564
Digunakan daya motor standar 14 hp.
(Perry, 2008)
LC.7 Pompa Metilen Klorida (P-101)
Fungsi
: Memompa larutan metilen klorida dari tangki
penyimpanan metilen klorida ke Mixing Point
Universitas Sumatera Utara
Tipe
B
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Waktu operasi
: 330 hari / tahun ; 24 jam / hari
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan operasi
: kilogram (kg)
Bahan baku
: - Bisfenol A
-
Natrium hidroksida (NaOH)
-
Fosgen (COCl2)
-
Katalis (piridin)
-
Metilen klorida
Produk akhir
: Polibisfenol A Karbonat (polimer)
Kapasitas Produksi
: 2020,2020 kg/jam
LA.1 Reaktor Deprotonasi (R-101)
Dalam reaktor ini terjadi reaksi deprotonasi untuk menghasilkan garam bisfenol dan
air.
(3)
NaOH
Bisfenol-a
(2)
(4)
Reaktor Deprotonasi
(R-101)
garam bisfenol
NaOH
Air
Bisfenol-a
Konversi reaksi = 95% (Fu Sheng, 2009)
Basis = F4garam bisfenol = 1873,8608 kg/jam
N bisfenol =
massa bisfenol 1873,8608 kg
8,2187 kmol
Mr bisfenol
228 kg / kmol
r1 = konversi × Ngaram bisfenol = 0,95 × 8,2187 = 7,8078 kmol/jam
Reaksi yang terjadi di dalam reaktor :
2NaOH(l)
+
C15H16O2(s)
C15H14O2Na2(l) +
-
2H2O(l)
M
16,4374
8,2187
-
B
15,6155
7,8078
7,8078
15,6155
S
0,8219
0,4109
7,8078
15,6155
Universitas Sumatera Utara
Dimana :
M = jumlah mol senyawa mula-mula (kmol)
B = jumlah mol senyawa yang bereaksi (kmol)
S = jumlah mol senyawa sisa setelah reaksi selesai (kmol)
Neraca Massa Komponen :
Bisfenol-a :
F2bisfenol-a = N2bisfenol-a × Mr = 8,2187 × 228 = 1873,8608 kg/jam
F4bisfenol-a = N4bisfenol-a × Mr = 0,4109 × 228 = 93,6930 kg/jam
NaOH :
F3NaOH = N3 NaOH × Mr = 16,4374 × 40 = 657,4950 kg/jam
F4NaOH = N4 NaOH × Mr = 0,8219 × 40 = 32,8748 kg/jam
F4garam bisfenol = N4 aram bisfenol × Mr = 7,8078 × 272
Garam bisfenol :
F4garam bisfenol = 2123,7089 kg/jam
F4air = N4 air × Mr = 15,6155 × 18 = 281,0791 kg/jam
Air :
Neraca Massa Total :
F4 = F2 + F3
F4 = F2 bisfenol-a + F3 NaOH = 1873,8608 + 657,4950 = 2531,3558 kg/jam
F4 = F4bisfenol-a + F4NaOH + F4garam bisfenol + F4air
F4 = 93,6930 + 32,8748 + 2123,7089 + 281,0791 = 2531,3558 kg/jam
LA.2 Reaktor Polimerisasi (R-102)
Dalam reaktor ini terjadi reaksi polimerisasi untuk menghasilkan polimer
(polibisfenol-a karbonat) dan NaCl.
Metilen klorida (7)
(8)
Garam bisfenol
NaOH
Air
Bisfenol
(13)
fosgen
Reaktor Polimerisasi
(R-102)
(16)
polikarbonat
metilen klorida
piridin
air
(9)
(10) fosgen
NaCl
Garam bisfenol
Bisfenol
Piridin
NaOH
Metilen klorida
Universitas Sumatera Utara
Konversi reaksi = 99,83% (Moyer et al, 1961)
r2 = konversi × Ngaram bisfenol =
0,9983 7,8078
0,1813 kmol/jam
43
Reaksi yang terjadi di dalam reaktor polimerisasi :
43C15H14O2Na2
+
43COCl2
(C16H14O3)43
+
86NaCl
M
7,8078
7,8078
-
-
B
7,7959
7,7959
0,1813
15,5918
S
0,0119
0,0119
0,1813
15,5918
Dimana :
M = jumlah mol senyawa mula-mula (kmol)
B = jumlah mol senyawa yang bereaksi (kmol)
S = jumlah mol senyawa sisa setelah reaksi selesai (kmol)
Neraca Massa Komponen :
Garam bisfenol :
F16garam bisfenol = N16 garam bisfenol × Mr = 0,0133 × 272
F16garam bisfenol = 3,6103 kg/jam
F8garam bisfenol = F4garam bisfenol = 2123,7089 kg/jam
Fosgen
:
F13fosgen = N13fosgen × Mr = 0,0133 × 99 = 1,3132 kg/jam
F10fosgen = N10fosgen × Mr = 7,8077 × 99 = 772,9668 kg/jam
Polikarbonat :
F16 polikarbonat = N16 polikarbonat × Mr = 0,1813 × 10922
F16 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam
NaCl
:
F16 NaCl = N16 NaCl × Mr = 15,6155 × 58,5 = 911,9542 kg/jam
NaOH
:
F16NaOH = F8NaOH = 32,8748 kg/jam
Bisfenol-a
:
F16bisfenol-a = F8bisfenol-a = 93,6930 kg/jam
Air
:
F16air = F8air = 281,0791 kg/jam
Metilen klorida:
F16metilen klorida = F9 metilen klorida + F7 metilen klorida
F16metilen klorida = 2548,4507 kg/jam
Piridin
:
F9 Piridin= N9 Piridin × Mr
N9 Piridin = 0,1 × N4 garam bisfenol = 0,1 × 7,8078 = 0,7808 kmol
F9 Piridin= 0,7808 × 79 = 61,6813 kg/jam
F16 Piridin= F9 Piridin = 61,6813 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Neraca Massa Total :
F8 = F4 = 2531,3558 kg/jam
F9 = F9 metilen klorida + F9 Piridin = 382,2676 + 61.6813 = 443,9489 kg/jam
F7 = F7 metilen klorida = 2166,1813 kg/jam
F10 = F10fosgen =772,9668 kg/jam
F13 + F16 = F8+ F9+ F7+ F10 = 2531,3558 + 443,9489 + 2166,1813 + 772,9668
F13 + F16 = 5914,4545 kg/jam
F13 + F16 = F13fosgen + F16garam bisfenol + F16 polikarbonat + F16 NaCl + F16NaOH + F16bisfenol-a +
F16air + F16metilen klorida + F16 Piridin
F13 + F16 = 1,3132 + 3,6103 + 1979,7980 + 911,9542 + 32,8748 + 93,6930 +
281,0791 + 2548,4507 + 61,6813
F13 + F16 = 5914,4545 kg/jam.
LA.3 Mixing Point I (M-101)
(14) fosgen
(5)
fosgen
Mixing Point I
(M-101)
(10)
fosgen
Neraca Massa Komponen:
F14 fosgen = F13
fosgen
= 1,3132 kg/jam.
F10 fosgen = 772,9668 kg/jam.
F5 fosgen = F10
fosgen
-
F14
fosgen =
771,6535 kg/jam.
Universitas Sumatera Utara
LA.4 Dekanter I (FL-101)
polikarbonat
metilen klorida
piridin
(16)
air
NaCl
Garam bisfenol
Bisfenol
NaOH
Dekanter I
(FL-101)
(19)
Metilen klorida
Polikarbonat
Piridin
(18)
Garam bisfenol
NaOH
Air
Bisfenol
NaCl
Neraca Massa Komponen:
F16 = F16garam bisfenol + F16 polikarbonat + F16 NaCl + F16NaOH + F16bisfenol-a +
F16air + F16metilen klorida + F16 Piridin
F16 = 3,6103 + 1979,7980 + 911,9542 + 32,8748 + 93,6930 +
281,0791 + 2548,4507 + 61,6813
F16 = 5913,1413 kg/jam
F19metilen klorida = F16metilen klorida = 2548,4507 kg/jam
F19 polikarbonat = F16 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam
F19 piridin = F16 Piridin = 61,6813 kg/jam
F19 = F19metilen klorida + F19 polikarbonat + F19 piridin
F19 = 2548,4507 + 1979,7980 + 61,6813 = 4589,9299 kg/jam
F18NaOH = F16NaOH = 32,8748 kg/jam
F18garam bisfenol = F16garam bisfenol = 3,6103 kg/jam
F18 NaCl = F16 NaCl = 911,9542 kg/jam
F18bisfenol-a = F16bisfenol-a = 93,6930 kg/jam
F18air = F16air = 281,0791 kg/jam
F18 = 32,8748 + 3,6103 + 911,9542 + 93,6930 + 281,0791 = 1323,2114 kg/jam
Neraca Massa Total :
F16 = F19 + F18
F16 = F19 + F18 = 4589,9299 + 1323,2114 = 5913,1413 kg/jam.
Universitas Sumatera Utara
LA.5 Dekanter II (FL-102)
(17)
polikarbonat
metilen klorida
piridin
(19)
Metilen klorida
(20)
Dekanter II
(FL-102)
(21)
Metilen klorida
piridin
Metilen klorida
Polikarbonat
Piridin
Prinsip kerja:
Penambahan pelarut inert metilen klorida sebanyak 50% dari total metilen klorida
yang ditambahkan di reaktor polimerisasi (R-102). Dengan penambahan ini akan
mengakibatkan semakin viscousnya polikarbonat dan akan membentuk dua fasa
antara larutan organik dan larutan aqueous. Efisiensi pemisahan sebesar 90% yang
artinya 10% piridin akan berada di fasa organik dan 90%nya berada di fasa aqueous
dan sebaliknya untuk metilen klorida. Sedangkan polikarbonat seluruhnya berada di
fasa organik.
Pemisahan dilakukan secara gravitasi sehingga fasa aqueous akan keluar secara
melalui aliran atas, dan fasa organik akan keluar melalui bagian bawah.
Neraca Massa Komponen:
F19metilen klorida = 2548,4507 kg/jam
F19 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam
F19 piridin = 61,6813 kg/jam
F17metilen klorida = 0,5 × (F7metilen klorida + F9metilen klorida )
F17metilen klorida = 0,5 × 2548,4507 kg/jam = 1274,2253 kg/jam
F20 metilen klorida = 0,1 × (F17metilen klorida + F19metilen klorida )
F20 metilen klorida = 0,1 × (1274,2253 + 2548,4507) = 382,2676 kg/jam
F21 metilen klorida = 0,9 × (F17metilen klorida + F19metilen klorida )
F21 metilen klorida = 0,9 × (1274,2253 + 2548,4507) = 3440,4084 kg/jam
F21 polikarbonat = F19 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam
F20 piridin = 0,9 × F19 piridin
Universitas Sumatera Utara
F20 piridin = 0,9 × 61,6813 = 55,5131 kg/jam
F21 piridin = 0,1 × F19 piridin
F21 piridin = 0,1 × 61,6813 = 6,1681 kg/jam
Neraca Massa Total:
F19 + F17 = F19metilen klorida + F19 polikarbonat + F19 piridin + F17metilen klorida
F19 + F17 = 2548,4507 + 1979,7980 + 61,6813 + 1274,2253 = 5864,1552 kg/jam.
F20 + F21 = F20metilen klorida + F20 piridin + F21metilen klorida + F21 piridin + F21 polikarbonat
F20 + F21 = 382,2676 + 55,5131 + 3440,4084 + 6,1681 + 1979,7980
F20 + F21 = 5864,1552 kg/jam.
LA.6 Mixing Point III (M-103)
(12)
(6)
piridin
piridin
metilen klorida
Mixing Point III
(M-103)
(9)
piridin
metilen klorida
Neraca Massa Komponen:
F12 piridin = 55,5131 kg/jam.
F12 metilen klorida = 382,2676 kg/jam.
F9 piridin = 61,6813 kg/jam.
F6 piridin = F9 piridin - F12 piridin = 61,6813 - 55,5131 = 6,1681 kg/jam.
F9 metilen klorida = F12 metilen klorida = 382,2676 kg/jam.
Universitas Sumatera Utara
LA.7 Washer (W-101)
Pada washer ini ditambahkan sejumlah air panas bersuhu 80 oC untuk menetralisir
pH larutan.
(26)
(21)
polikarbonat
metilen klorida
piridin
air
Washer
(W-101)
(27)
polikarbonat
metilen klorida
piridin
air
Neraca Massa Komponen:
F21 piridin = 6,1681 kg/jam.
F21 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam.
F21 metilen klorida = 3440,4084 kg/jam.
F26 air = F21 = F21metilen klorida + F21 piridin + F21 polikarbonat = 5426,3745 kg/jam.
F27 piridin = 6,1681 kg/jam.
F27 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam.
F27 metilen klorida = 3440,4084 kg/jam.
F27 air = F26 air = 5426,3745 kg/jam.
Neraca Massa Total:
F21 + F26 = F21metilen klorida + F21 piridin + F21 polikarbonat + F26 air
F21 + F26 = 3440,4084 + 6,1681 + 1979,7980 + 5426,3745 = 10.852,7490 kg/jam.
F27 = F27metilen klorida + F27 piridin + F27 polikarbonat + F27 air
F27 = 3440,4084 + 6,1681 + 1979,7980 + 5426,3745 = 10.852,7490 kg/jam.
Universitas Sumatera Utara
LA.8 Splitter (SP-101)
Fungsi splitter adalah untuk membagi aliran metilen klorida (recycle) ke mixing point
II dan ke dekanter II. Pembagian didasarkan pada penambahan 50% metilen klorida
ke dekanter II berasal dari Splitter.
(23)
metilen klorida
Splitter
(SP-101)
(17)
(11)
metilen klorida
metilen klorida
Neraca Massa Komponen:
F23metilen klorida = 3415,2508 kg/jam.
F17metilen klorida = 0,5 × (F7metilen klorida + F9metilen klorida ) = 1274,2253 kg/jam
F11metilen klorida = F23metilen klorida - F17metilen klorida
F11metilen klorida = 3415,2508 - 1274,2253 = 2141,0254 kg/jam.
Neraca Massa Total:
F23 = F17 + F11
F23 = 1274,2253 + 2141,0254 = 3415,2508 kg/jam.
LA.9 Flash Drum (S-101)
Alat ini digunakan untuk memisahkan pelarut (metilen klorida) dari campurannya
sehingga dapat direcycle ke reaktor polimerisasi (R-102).
Prinsip peristiwa perpindahan:
Perbedaan komposisi fasa cair dan fasa uap setiap zat dalam campuran pada saat
kesetimbangan atau perbedaan atau perpindahan titik didih (boiling point)/tekanan
uap (vapor pressure) setiap zat dalam campuran pada kondisi operasi alat (Walas,
1988).
Prinsip kerja alat:
Flash drum digunakan karena zat yang diinginkan memiliki perbedaan titik didih
yang sangat jauh dari zat yang lain. Perpindahan terjadi saat campuran mencapai
kesetimbangan, zat dengan komposisi fasa cair yang lebih banyak akan berada pada
Universitas Sumatera Utara
bagian bottom sedangkan zat dengan komposisi fasa uap yang lebih banyak akan
berada pada bagian atas (menguap) (Geankoplis, 2003 ; Walas, 1988).
(31)
(27)
polikarbonat
metilen klorida
piridin
air
metilen klorida
piridin
air
Flash Drum
(S-101)
(33)
polikarbonat
metilen klorida
piridin
air
Dimana:
Titik didih senyawa pada tekanan 1 atm (101, 325 kPa)
Air (H2O)
100oC
o
(Windhloz, 1983)
Metilen klorida (CH2Cl2)
39,6 C
(Perry, 2008)
Piridin (C5H5N)
115,2oC
(Perry, 2008)
Polikarbonat ((C16H14O3)43) diasumsikan seluruhnya berada pada aliran bottom
karena titik flash yang sangat jauh yaitu 630 oC (Cityplastic, 2009) sehingga untuk
penghitungan komposisi keseimbangan hanya ada 3 komponen yaitu air, metilen
klorida, dan piridin.
Laju alir massa
F27 = 10.852,7490 kg/jam
F27air = 5426,3745 kg/jam
F27metilen klorida = 3440,4084 kg/jam
F27 piridin = 6,1681 kg/jam
F27 polibisfenol-a karbonat = F33 polibisfenol-a karbonat = 1979,7980 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Penentuan temperatur flash drum
Fraksi masing – masing komponen pada umpan (alur 27)
X27 air = 0,1219
X27 metilen klorida = 0,8768
X27 piridin = 0,0013
Pada kondisi operasi :
P = 1 atm (101,325 kPa)
T = 50 oC (323,15 K)
Xi = Zi
Pbuble = Σ Xi. Pi sat
(Smith, dkk, 2005)
Yi = Ki.Zi
1
Pdew =
Yi
sat
Pi
(Smith, dkk, 2005)
Tabel LA. 1 Data Trial Temperatur dan Komposisi Flash Drum (S-101)
Komponen
Xi
Pi sat*
metilen klorida
0,8768 144,2637
Air
0,1219
12,4052
piridin
0,0013
9,4677
Total
1 166,1366
* App B Smith, dkk, 2005
Ki (Pi sat/P)
1,4238
0,1224
0,0934
Xi. Pi sat
Ki.Xi
126,4904
1,5122
0,0123
1,2484
0,0149
0,0001
1
Yi
sat
Pi
0,00865
0,00120
0,00001
0,00986
Dari tabel di atas diperoleh : Pdew < P < Pbuble, sehingga terjadi keseimbangan uap
cair (Daubert, 1985).
Penentuan komposisi umpan dan bottom Flash Drum.
Mol total umpan masuk, N = 342,0521 kmol/jam
Zmetilen klorida
= Xmetilen klorida
= 0,8768
Zair
= Xair
= 0,1219
Zpiridin
= Xpiridin
= 0,0013
f (Vj) =
Zi ( Ki 1)
1 V ( Ki 1)
f’ (Vj) =
Zi ( Ki 1)
1 V ( Ki 1)
2
Universitas Sumatera Utara
Vj+1 = Vj
f (Vj )
f ' (Vj )
j = 0, 1, 2, 3,….dst dilakukan iterasi hingga nilai Vj+1 = Vj
(Smith, dkk, 2005)
Iterasi 1.
Vo = 0,1341
f (Vo) = 0,0001
f’ (Vo) = 0,1937
f (Vo )
V1 = Vo
f ' (Vo )
0,0001
0,1937
V1 = 0,1341 – 0,0006
V1 = 0,1334
V1 = 0,1341
Maka, V = 0,1334 dan L = 0,8666
Zi.F = Xi.L + Yi.V ; Yi = Ki.Xi
Zi.F = Xi.L + Ki.Xi.V
Zi.F = Xi.( L + Ki..V)
Z i .F
Xi =
L Ki .V
Basis F = 1 mol, maka
Xmetilen klorida
= 0,0010
Xair
= 0,9978
Xpiridin
= 0,0212
Maka komposisi senyawa di bottom adalah :
F33 polikarbonat
= F27 polikarbonat
F33 piridin
= X33 piridin × L × N33 × Mr piridin
= 1979,7980 kg/jam
F33 piridin
= 0,0212 × 0,8666 × 296,1892 × 79
= 1,4580 kg/jam.
F33 metilen klorida
= 0,0010 × 0,8666 × 296,1892× 84,93
= 25,1577 kg/jam.
F33 air
= 0,9978 × 0,8666 × 296,1892 × 18
= 5.325,7423 kg/jam.
Neraca Massa Komponen:
F31 piridin
= F27 piridin – F33 piridin
= 6,1681 – 1,4580 = 4,7101 kg/jam.
Universitas Sumatera Utara
F31 metilen klorida = F27 metilen klorida – F33 metilen klorida
F31 metilen klorida = 3.415,2508 – 25,1577 = 3.415,2508 kg/jam.
F31 air
= F27 air – F33 air = 5.426,3745 – 5.325,7423
F31 air
= 100,6322 kg/jam.
Neraca Massa Total
F33 = F33 polikarbonat + F33 piridin + F33 metilen klorida + F33 air
F33 = 1979,7980 + 1,4580 + 25,1577 + 5.325,7423 = 7332,1559 kg/jam.
F31 = F31 polikarbonat + F31 piridin + F31 metilen klorida + F31 air
F31 = 0 + 4,7101 + 3.415,2508 + 100,6322 = 3.520,5931 kg/jam.
F31 + F33 = 3.520,5931 + 7332,1559 = 10.852,7490 kg/jam.
LA.10 Mixing Point II (M-102)
(11)
(1)
metilen klorida
metilen klorida
Mixing Point II
(M-102)
(7)
metilen klorida
Neraca Massa Komponen:
F11metilen klorida = 2141,0254 kg/jam.
F7metilen klorida = 2166,1813 kg/jam
F1metilen klorida = F7metilen klorida - F11metilen klorida = 2166,1813 - 2141,0254
F1metilen klorida = 25,1577 kg/jam.
LA.11 Evaporator I (FE-101)
Alat ini digunakan untuk menguapkan piridin, metilen klorida, dan sebagian besar air
yang terdapat dalam campuran polikarbonat.
Kadar polikarbonat masuk = 27%
Kadar polikarbonat keluar = 50%
Universitas Sumatera Utara
(34)
(33)
polikarbonat
air
metilen klorida
piridin
metilen klorida
air
piridin
Evaporator I
(FE-101)
(35)
polikarbonat
air
Neraca Massa Komponen:
F34metilen klorida = F33metilen klorida = 25,1577 kg/jam.
F34piridin = F33piridin = 1,4580 kg/jam.
F35air = F33air - (0,5 × F33air ) / 0,5
F35air = 1979,7980 kg/jam.
F34air = F33air - F35air = 5.325,7423 – 1979,7980 = 3.345,9443 kg/jam.
F35 polikarbonat = F33 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam.
Neraca Massa Total:
F34 = F34piridin + F34metilen klorida + F34air = 1,4580 + 25,1577 + 3.345,9443
F34 = 3.372,5600 kg/jam.
F35 = F35polikarbonat + F35air = 1979,7980 + 1979,7980 = 3.959,5959 kg/jam.
F33 = F34 + F35 = 3.372,5600 + 3.959,5959 = 7.332,1559 kg/jam
LA.12 Evaporator II (FE-102)
Alat ini digunakan untuk menguapkan sebagian besar air yang terdapat dalam
campuran polikarbonat dari evaporator I dengan memanfaatkan uap panas yang
dihasilkan dari evaporator I..
Kadar polikarbonat masuk = 50%
Kadar polikarbonat keluar = 70%
Universitas Sumatera Utara
(36)
(35)
polikarbonat
air
air
Evaporator II
(FE-102)
(37)
polikarbonat
air
Neraca Massa Komponen:
F37air = (F35 polikarbonat - 0,7 × F35 polikarbonat )/0,7
F37air = (1979,7980 - 0,7 × 1979,7980)/0,7 = 848,4848 kg/jam.
F37 polikarbonat = F35 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam.
F36air = F35air - F37air = 1979,7980 - 848,4848 = 1131,3131 kg/jam.
Neraca Massa Total:
F37 = F37polikarbonat + F37air = 1979,7980 + 848,4848 = 3959,5959 kg/jam.
F36 = F36air = 1131,3131 kg/jam.
F35 = F36 + F37 = 1131,3131 + 3959,5959 = 3959,5959 kg/jam
LA.13 Evaporator III (FE-103)
Alat ini digunakan untuk menguapkan sebagian besar air yang terdapat dalam
campuran polikarbonat dari evaporator II dengan memanfaatkan uap panas yang
dihasilkan dari evaporator II.
Kadar polikarbonat masuk = 70%
Kadar polikarbonat keluar = 90%
Universitas Sumatera Utara
(38)
(37)
polikarbonat
air
air
Evaporator III
(FE-103)
(40)
polikarbonat
air
Neraca Massa Komponen:
F40air = (F40 polikarbonat - 0,9 × F40 polikarbonat )/0,9
F40air = (1979,7980 - 0,9 × 1979,7980)/0,9 = 219,9776 kg/jam.
F40 polikarbonat = F37 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam.
F38air = F37air – F40air = 848,4848 – 219,9776 = 336,7003 kg/jam.
Neraca Massa Total:
F40= F40polikarbonat + F40air = 1979,7980 + 219,9776 = 2199,7755 kg/jam.
F38 = F38air = 336,7003 kg/jam.
F37 = F38 + F40 = 2199,7755 + 336,7003 = 2828,2828 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA PANAS
Kapasitas Produksi
: 2020,2020 kg/jam
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Waktu operasi
: 330 hari / tahun ; 24 jam / hari
Satuan operasi
: kg/jam
Suhu referensi
: 25oC (298,15 K)
Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut:
Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983):
Cp = a + bT + cT2 + dT3
Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi:
T2
CpdT a(T
2
T1
b 2
c 3
d
2
3
4
4
T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 )
2
3
4
Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah:
T2
Tb
T2
T1
T1
Tb
CpdT Cp1dT H VI Cpv dT
Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi:
T
T
2
2
dQ
rH r (T ) N CpdTout N CpdTin
dt
T1
T1
B.1 Data Perhitungan Cp
Tabel LB.1 Nilai Konstanta a,b,c,d dan e untuk perhitungan Cp cairan
Komponen
a
1,078E+06
C5H5N
1,772E+01
HCl
7,996
CH2Cl2
1,829E+01
H2 O
Sumber : (Reklaitis, 1983)
Cp = a + bT + cT2 + dT3
T2
CpdT a(T
2
T1
B
-3,478E+02
0,9043
0,7985
0,4721
c
3,9565
-0,0056
-0,0035
-0,0013
d
1,133E-05
5,551E-06
1,314E-06
[J/mol K]
b 2
c 3
d
2
3
4
4
T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 )
2
3
4
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.2 Nilai konstanta a,b,c,d,dan e untuk perhitungan Cp gas
Komponen
a
B
2,212E+01
0,2111
Fosgen
3,40471E+01 -9,65604E-03
Air
Sumber : (Reklaitis, 1983)
Cpg = a + bT + cT2 + dT3 + eT4
T2
Cp dT a(T
2
g
T1
B.2
c
-0,0003
3,29883E-05
d
2,861E-07
-2,04467E-08
e
-9,134E-11
4,30228E-12
[J/mol. K]
b 2
c 3
d 4
e 5
2
3
4
5
T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 )
2
3
4
5
Estimasi Cp
B.2.1 Estimasi Cp Padatan dengan Metode Hurst dan Harrison
Tabel LB. 3 Kontribusi unsur dan gugus untuk estimasi Cp
ΔE (J/mol.K)
10,89
7,56
13,42
Unsur
C
H
O
Sumber : (Perry, 1999)
Perhitungan kapasitas panas dihitung dengan rumus:
Cp = ∑i=1 σi ∆Ei
(Perry, 1999)
Dimana:
Cp = Kapasitas panas (kJ/kmol.K)
Ni = Jumlah unsur i dalam senyawa
ΔEi = Nilai kontribusi unsur i
Kapasitas panas padatan bisfenol-a (C15H16O2) :
Cp = 15 × 10,89 + 16 × 7,56 + 2 × 13,42
Cp = 311,1500 kJ/kmol.K
Universitas Sumatera Utara
B.2.1 Estimasi Cp Cairan dengan Metode Chueh dan Swanson
Tabel LB.5 Kontribusi Gugus Kapasitas Panas Cairan
Gugus
Harga
9,95
2
CH3
C
3,80
C
H
O
OH
C
3,5
8,4
10,5
14,5
O
Sumber : (Reid, 1977)
Tabel LB.6 Data Panas Laten Air
∆Hvl (kJ/kg)
T (oC)
114,7
2189
96,3424
2232,0332
64,2248
2283,0897
Sumber : (Geankoplis, 2003)
B.3 Panas Pembentukan Standar
Tabel LB.7 Data Panas Pembentukan Standar
Komponen
∆Hof
-218,8
Fosgen
-407,27
Natrium Klorida
-470,114
Natrium
Hidroksida
140,03
Piridin
-167,159
Asam Klorida
-121,46
Metilen Klorida
-285,83
Air
-874,372
Garam Bisfenol
-18027,922
Polikarbonat
-646,8968
Bisfenol-a
Sumber : (Purba, 2000 ; Yaws, 1993)
kJ/kgmol
kJ/kgmol
kJ/kgmol
kJ/kgmol
kJ/kgmol
kJ/kgmol
kJ/kgmol
kJ/kgmol
kJ/kgmol
kJ/kgmol
Universitas Sumatera Utara
LB.1 Reaktor Deprotonasi (R-101)
Saturated Steam
124,7oC
Bisfenol-a
25oC; 1 atm
NaOH
25oC; 1 atm
2
4
3
Bisfenol-a
NaOH
Garam Bisfenol
Air
40oC; 1 atm
Kondensat
124,7oC
Neraca Panas Masuk
298,15
Panas masuk pada alur 2, (Q2) = N s2 CpdT = 0
298,15
298,15
Panas masuk pada alur 3, (Q3) = N CpdT = 0
298,15
3
s
Neraca Panas keluar
313,15
Panas keluar pada alur 4, (Q4) = N CpdT
298,15
4
s
313,15
4
CpdT = 0,4109 kgmol/jam x 4667,2500 kJ/kgmol
Q4(bisfenol-a) = N bisfenolA
298,15
= 1917,9335 kJ/jam
Q4(NaOH) = N
4
NaOH
313,15
CpdT = 0,8219 kgmol/jam x 0,0497 kJ/kgmol
298,15
= 0,0408 kJ/jam
Q4(garam bisfenol) = N
4
garambisfenol
313,15
CpdT = 7,8078 kgmol/jam x 1,8105 kJ/kgmol
298,15
= 14,1359 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
313,15
Q4(air) = N CpdT = 15,6155 kgmol/jam x 1125,7906 kJ/kgmol
298,15
4
air
= 17.579,7908 kJ/jam
Qout
= Q4(bisfenol A) + Q4(NaOH) + Q4(garam bisfenol) + Q4(air)
= 1917,9335 kJ/jam + 0,0408 kJ/jam + 14,1359 kJ/jam
+ 17.579,7908 kJ/jam
= 19.511,9011 kJ/jam
Reaksi di dalam Reaktor Deprotonasi:
2NaOH(l)
+
C15H16O2(s)
C15H14O2Na2(l) +
r1
= konversi x Ngaram bisfenol
r1
= 0,95 x 7,8078 = 7,8078 kmol/jam
2H2O(l)
Panas reaksi yang terjadi pada 25oC dan 1 atm:
∆Hr (25oC) = [∆Hof produk- ∆Hof reaktan]
= [∆HofC15H14O2Na2+2 x ∆Hof H2O –2 x ∆Hof NaOH-∆Hof C15H16O2]
= [(-874,3720)+(2x-285,83)-(2x-470,114)-(-646,8968)]
= 141,0928 kJ/jam
313,15
313,15
∆Hr (40oC) = ∆Hr(2ηoC)+ Cp garambisfenol dT + 2x Cp air dT
298,15
298,15
313,15
2 x Cp NaOH dT
298,15
313,15
CpbisfenolAdT
298,15
= 141,0928 + 1,8105 + 2 x 1125,7906 – 2 x 0,0497 – 4667,2500
= -2272,8152 kJ/jam
Q reaksi
= -2272,8152 kJ/jam x 7,8078 kmol/jam
= -17.745,5803 kJ/jam
dQ/dt
= Qout – Qin + Qreaksi
= 19.511,9011 – 0 – 17.745,5803
= 1.766,3208 kJ/jam
Tanda positif menunjukkan sistem membutuhkan panas sebesar 1.766,3208 kJ/jam
sehingga untuk memenuhi kebutuhan panas ini dibuat koil pemanas yang di
dalamnya mengalir saturated steam 124,7oC.
Massa saturated steam (124,7oC) yang diperlukan adalah:
Universitas Sumatera Utara
m
=
dQ / dt
(124,7 0 C )
=
1.766,3208
= 0,8069 kg/jam
2189
LB.2 Cooler (E-101)
Air
15oC
Bisfenol
Garam bisfenol
NaOH
Air
40 oC, 1 atm
4
8
Bisfenol
Garam bisfenol
NaOH
Air
25 oC, 1 atm
Air
25oC
Neraca Panas Masuk:
Qin
=N4bisfenol-a
313,15
313,15
313,15
313,15
298,15
298,15
298,15
298,15
4
CpdT +N NaOH
4
CpdT +N garam bisfenol
4
CpdT + N air
CpdT
= 0,4109 x 4667,2500 + 0,8219 x 0,0497 + 7,8078 x 1,8105 + 15,6155 x
1125,7906
= 19.511,9011 kJ/jam
Neraca Panas Keluar:
Qout =N8bisfenol-a
298,,15
298,15
298,15
298,15
298,15
298,15
298,15
298,15
8
CpdT +N NaOH
8
CpdT +N garam bisfenol
8
CpdT +N air
CpdT
=0
Panas yang dibutuhkan adalah:
dQ/dt = Qout – Qin
= 0 – 19.511,9011
= -19.511,9011
Air Pendingin masuk (15oC) ; H1 = 62,9 kJ/kg
Air Pendingin keluar (25oC) ; H2 = 104,8 kJ/kg
(Rogers dan Mayhew, 1995)
Universitas Sumatera Utara
Maka, massa air pendingin yang diperlukan:
m
=
dQ / dt
H 2 H1
m
=
19.511,9011
41,9
m
= 465,6778 kg/jam
LB.3 Reaktor Polimerisasi (R-102)
13
Metilen Klorida
25 oC, 1 atm
Bisfenol A
Garam bisfenol
NaOH
Air
25o C, 1 atm
Fosgen
25o C; 1,6 atm
Bisfenol A
Garam bisfenol
NaOH
Air
NaCl
Metilen Klorida
Polikarbonat
Piridin
25 oC, 1 atm
7
8
11
Air Pendingin
15 oC, 1 atm
Air pendingin keluar
25o C, 1 atm
10
Fosgen
25 oC; 1,6 atm
7
Panas Masuk = ∑ N senyawa
298,15
298,15
298,15
298,15
298,15
298,15
8
CpdT + ∑ N senyawa
298,15
Panas Keluar = ∑ N
11
senyawa
CpdT + ∑ N
298,15
10
CpdT + ∑ N senyawa
CpdT = 0
298,15
13
senyawa
CpdT = 0
298,15
Reaksi dalam reaktor ini adalah:
43C15H14O2Na2
+
43COCl2
(C16H14O3)43
+
86NaCl
Konversi reaksi = 99,83%
r2 = konversi × Ngaram bisfenol =
0,9983 7,8078
0,1813 kmol/jam
43
∆Hr (25oC) = [∆Hof produk- ∆Hof reaktan]
= [∆Hof (C16H14O3)43 + 8θ x ∆Hof NaCl – 43 x ∆Hof C15H14O2Na2 –
43 x ∆Hof COCl2]
Universitas Sumatera Utara
= [(-18027,9220) + (86x-407,270) - (43x-847,372) - (43 x -218,8)]
= -6046,7460 kJ/jam
Q reaksi
= -6046,7460 kJ/jam x 0,1813 kmol/jam
= -1.096,0819 kJ/jam
Panas yang dibutuhkan adalah:
dQ/dt = Qout – Qin + Qreaksi
= 0 – (-1.096,0819) = 1.096,0819
Air Pendingin masuk (15oC) ; H1 = 62,9 kJ/kg
Air Pendingin keluar (25oC) ; H2 = 104,8 kJ/kg
(Rogers dan Mayhew, 1995)
Maka, massa air pendingin yang diperlukan:
m
=
dQ / dt
H 2 H1
m
=
1.096,0819
41,9
m
= 49,0522 kg/jam
LB.4 Washer (W-101)
Air
80 oC, 1 atm
26
Polikarbonat
Piridin
Metilen Klorida
25o C, 1 atm
21
27
Polikarbonat
Piridin
Metilen Klorida
Air
34,69o C, 1 atm
Neraca Panas Masuk:
Q21 = N21polikarbonat
298,15
21
CpdT + N piridin
298,15
Q26 = N26air
298,15
21
CpdT + N metilen
298,15
298,15
CpdT
=0
298,15
353,15
CpdT = 301,4653 x 4149,1778 = 1.250.832,9136 kJ/jam
298,15
Qin
= Q21 + Q26 = 0 + 1.250.832,9136 = 1.250.832,9136 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Panas yang masuk pada washer sama dengan panas yang keluar. Dengan cara
trial and eror diperoleh suhu keluar sebesar 34,6671oC.
LB.5 Heater (E-104)
Saturated steam
124,7oC; 2,25 atm
Polikarbonat
Piridin
Metilen Klorida
Air
25o C, 1 atm
27
Polikarbonat
Piridin
Metilen Klorida
Air
80o C, 1 atm
28
Kondensat
124,7oC; 2,25 atm
Neraca Panas Masuk:
Qin
=N27polikarbonat
307,84
CpdT +N
27
307,84
piridin
298,15
CpdT +N
27
307,84
CpdT + N
metilen
298,15
27
air
298,15
307,84
CpdT
298,15
= 0,1813 x 223,9715 + 0,0781 x 12.918.449,1070 + 30,0065 x 786,3880 +
301,4653 x 724,9755
= 1.250.832,9137 kJ/jam
Neraca Panas Keluar:
Qout =N28polikarbonat
307,84
307,84
307,84
307,84
298,15
298,15
298,15
298,15
28
CpdT +N piridin
28
CpdT +N metilen
28
CpdT + N air
CpdT
= 0,1813 x 579,2122 + 0,0781 x 33.811.401,0832 + 30,0065 x 2.074,5595 +
301,4653 x 1878,9098
= 3.268.692,0320 kJ/jam
Panas yang dibutuhkan adalah:
dQ/dt = Qout – Qin
= 3.268.692,0320 kJ/jam – 1.250.832,9137 kJ/jam
= 2.017.859,1183 kJ/jam
Massa saturated steam (124,7oC) yang diperlukan adalah:
m
=
dQ / dt
(124,7 0 C )
Universitas Sumatera Utara
=
2.017.859,1183
2189
= 921,8178 kg/jam
LB.6 Heater (E-103)
Saturated steam
124,7oC; 2,25 atm
Air
25 oC, 1 atm
25
Air
55 oC, 1 atm
26
Kondensat
124,7oC; 2,25 atm
Neraca Panas Masuk:
Qin
=N25air
298,15
CpdT
=0
298,15
Neraca Panas Keluar:
Qout =N26air
353,15
CpdT = 301,4653 kgmol/jam x 4149,1778 kJ/kgmol
298,15
= 1.250.832,9136 kJ/jam
Panas yang dibutuhkan adalah:
dQ/dt = Qout – Qin
= 0 – 1.250.832,9136 kJ/jam
= - 1.250.832,9136 kJ/jam
Massa saturated steam (124,7 oC) yang diperlukan adalah:
m
=
dQ / dt
(124,7 0 C )
m
=
1.250.832,9136
= 571,4175 kg/jam
2189
Universitas Sumatera Utara
LB.7 Dessicant (DS-101)
DS-101
Udara Panas
Masuk
T = 110oC
H = 0,005 kg H2O / kg udara kering
Udara Panas
Keluar
T = 35oC
H = 0,0357 kg H2O / kg udara kering
Udara panas masuk:
Temperatur
= 110oC
H1
= 0,005 kg H2O/kg udara kering
Udara keluar meninggalkan dessicant dengan humiditi 100% sehingga diperoleh:
Temperatur
= 35oC
H2
= 0,0357 kg H2O/kg udara kering
(Fig. 21 Humidity Chart dalam Larian, 1950)
Banyaknya jumlah uap air yang dijerap adalah 197,5169 kg/jam.
Maka massa udara panas yang dibutuhkan dapat dihitung dengan menggunakan
rumus :
m
H 2 H1
(Larian, 1950)
massa udara panas yang dibutuhkan adalah:
105,3424
3431,3471 kg/jam.
0,0357 0,005
Udara panas masuk ke dessicant setiap empat jam sehingga jumlah udara panas yang
dibutuhkan adalah : 3431,3471 / 4 = 857,8368 kg/jam.
LB.8 Condenser (E-102)
Air
15oC
Metilen
50o C, 1 atm
23
15
Metilen
25 oC, 1 atm
Air
25oC
Universitas Sumatera Utara
Neraca Panas Masuk:
Q23 = N23metilen
323,15
CpdT
= 40,2125 x 2074,5595 = 83.423,2991 kJ/jam
298,15
Panas yang dilepas pengembunan uap metilen klorida :
Q
=m.
= 40,2125 × 67.667,2157 = 2.045.541,6506 kJ/jam
Qin
= Q23 + m.
= 83.423,2991 + 2.045.541,6506 = 2.128.964,9497 kJ/jam
Neraca Panas Keluar:
Qout =N15air
298,15
CpdT = 0
298,15
Panas yang dibutuhkan adalah:
dQ/dt = Qout – Qin
= 0 – 2.128.964,9497 kJ/jam
= - 2.128.964,9497 kJ/jam
Air Pendingin masuk (15oC) ; H1 = 62,9 kJ/kg
Air Pendingin keluar (25oC) ; H2 = 104,8 kJ/kg
(Reklaitis, 1983)
Maka, massa air pendingin yang diperlukan:
m
=
dQ / dt
H 2 H1
m
=
2.128.964,9497
41,9
m
= 50.810,6193 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LB.9 Evaporator I (FE-101)
34
Polikarbonat
Piridin
Metilen Klorida
Air
25oC
Piridin
Metilen Klorida
Air
114,7oC
33
Polikarbonat
Air
114,7oC
Saturated steam
124,7oC
35
Diasumsikan ∆t pada = 10oC.
Neraca Panas Masuk Evaporator I:
Qin =
N33polikarbonat
323,15
323,15
323,15
298,15
298,15
298,15
CpdT
+N33metilen
CpdT
+N33piridin
CpdT
+
323,15
CpdT
N33air
298,15
= 0,1813 x 579,2122 + 0,2962 x 2074,5595 + 0,0185 x 33.811.401,0832
+ 295,8746 x 892,3319
= 888.755,7372 kJ/jam
Neraca Panas Keluar Evaporator I:
387,85
387,85
298,15
298,15
CpdT
Qout =N35polikarbonat
CpdT
+
N35air
+σ34metilen
x
∆HvL
+σ34piridin x ∆HvL + σ34air x ∆HvL
= 0,1813 x 2078,2132 + 109,9888 x 6796,5843 + 0,0185 x 128.029.861,4117
+ 0,2962 x 8362,8329 + 185,8858 x 5671,8679
= 4.167.620,5840 kJ/jam
Universitas Sumatera Utara
Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air sehingga konsentrasi
polikarbonat yang keluar dari evaporator I sebesar 50 % adalah:
dQ/dT = Qout – Qin
= 4.167.620,5840 – 888.755,7372
= 3.278.864,8486 kJ/jam
Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 124,7
oC. Data saturated steam pada 124,7oC yang diperoleh dari App A.2-9 Geankoplis,
2003 sebagai berikut:
(υanas penguapan steam pada suhu 124,7oC) = 218λ kJ/kg
Maka steam yang dibutuhkan:
dQ / dt
m
=
3.278.864,8486
2189
=
= 1.497,8825 kg/jam
LB.10 Evaporator II (FE-102)
36
Polikarbonat
Air
114,7oC
35
Air
96,34oC
Uap panas
114,7oC
Polikarbonat
Air
96,34oC
37
Diasumsikan ∆t = 18,34 oC.
Neraca Panas Masuk Evaporator I:
387,85
387,85
298,15
298,15
CpdT
Qin = N35polikarbonat
CpdT
+N35air
Universitas Sumatera Utara
= 0,1813 x 2078,2132 + 109,9888 x 6796,5843
= 747.924,7010 kJ/jam
Neraca Panas Keluar Evaporator II:
Qout =N37polikarbonat
369, 49
369, 49
298,15
298,15
CpdT
+ N37air
CpdT
+ N36air x ∆HvL
= 0,1813 x 1653,3032 + 46,1380 x 5394,1367 + 62,8507 x 2232,0332
= 500.067,3532 kJ/jam
Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air sehingga konsentrasi
polikarbonat yang keluar dari evaporator II sebesar 70 % adalah:
dQ/dT = Qout – Qin
= 500.067,3532 - 747.924,7010
= - 247.857,3478 kJ/jam
Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur
114,7oC yang berasal dari uap evaporator I (FE-101). Data saturated steam pada
114,7 oC yang diperoleh dari App A.2-9 Geankoplis, 2003 sebagai berikut:
(υanas penguapan steam pada suhu 114,7 oC) = 2213 kJ/kg
Maka uap panas yang dibutuhkan:
dQ / dt
m
=
m
=
m
= 112,0006 kg/jam
247.857,3478
2213
LB.11 Evaporator III (FE-103)
38
Polikarbonat
Air
96,34oC
37
Air
64,22oC
Uap panas
96,34oC
41
Polikarbonat
Air
64,22oC
Universitas Sumatera Utara
Diasumsikan ∆t = 32,07oC.
Neraca Panas Masuk Evaporator III:
396, 49
37
Qin = N polikarbonat
CpdT
298,15
396, 49
37
+N air
CpdT
298,15
= 0,1813 x 1653,3032 + 47,1380 x 5394,1367
= 359.782,4404 kJ/jam
Neraca Panas Keluar Evaporator III:
337, 3887
CpdT
41
Qout =N polikarbonat
298,15
337, 3887
41
+ N air
CpdT
298,15
+ N38air x ∆HvL
= 0,1813 x 910,2898 + 12,2210 x 2958,3291 + 34,9171 x 2283,0897
= 143.939,0605 kJ/jam
Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air sehingga konsentrasi konsentrasi
polikarbonat yang keluar dari evaporator III sebesar 90% adalah:
dQ/dT = Qout – Qin
= 143.939,0605– 359.782,4404
= - 215.843,3799 kJ/jam
Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur
96,34 oC yang berasal dari uap dari evaporator II. Data saturated steam pada 96,34 oC
yang diperoleh dari App. A-2.9 Geankoplis, 2003 adalah sebagai berikut:
(υanas penguapan steam pada suhu λθ,34oC) = 2265 kJ/kg
Maka uap panas yang dibutuhkan:
dQ / dt
m
=
m
=
m
= 95,2951 kg/jam
215.843,3799
2265
Universitas Sumatera Utara
LB.12 Condenser (E-105)
Air
25oC
39
Uap Air
64,22oC
40
Air
25oC
Air
36oC
Neraca Panas Masuk:
Q39 = N39uap air
337, 37
CpdT
= 34,9171 x 1317,9371 = 46.018,5053 kJ/jam
298,15
Panas yang dilepas pengembunan uap air :
Q
=m.
= 34,9171 × 40.861,8 = 1.426.774,3965 kJ/jam
Qin
= Q39 + m.
= 46.018,5053 + 1.426.774,3965 = 1.427.792,9018 kJ/jam
Neraca Panas Keluar:
Qout =N4oair
298,15
CpdT = 0
298,15
Panas yang dibutuhkan adalah:
dQ/dt = Qout – Qin
= 0 – 1.427.792,9018 kJ/jam
= - 1.427.792,9018 kJ/jam
Air Pendingin masuk (25oC) ; H1 = 104,8 kJ/kg
Air Pendingin masuk (36oC) ; H2 = 150,86 kJ/kg
(Geankoplis, 2003)
Maka, massa air pendingin yang diperlukan:
m
=
dQ / dt
H 2 H1
m
=
1.427.792,9018
46,6
m
= 31.691,4738 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
LB.13 Rotary Dryer (DD-101)
41
F padatan masuk = 1979,7980 kg/jam
T = 39,2387oC
X air = 10%
42
T = 70oC
DD-101
30
Udara Panas, 110oC
43
T = 80oC
X air = 2%
Temperatur basis, To = 0oC
Panas laten air (0oC), = 2η01,θ kJ/kg.K
Kapasitas panas polimer, Cp padatan = 2,0998 kJ/kg.K
Panas humiditas air – udara, Cs = 1,005 + 1,88H
Humiditas udara (T udara masuk 110oC), Hin = 0,006 kg H2O/kg udara
(Walas, dkk., 2005)
Kapasitas panas air, Cp air = 4,187 kJ/kg.K
Kapasitas panas udara, Cp udara = 1,007 kJ/kg.K
H’ udara = Cs (Ti-To) + Hi.
o
H’ padatan = Cp padatan (Ti-To) + Xi. Cp air (Ti-To)
Dimana:
H’
= entalpi (kJ/kg)
Cs
= panas humiditas air udara (kJ/kg.K)
Cp
= kapasitas panas (kJ/kg.K)
H
= humiditas udara (kg H2O/kg udara kering)
X
= moisture content padatan (kg air/kg padatan)
= panas laten air (kJ/kg)
T
= temperatur (0oC)
110oC, H’ udara masuk = (1,005 + 1,88 × 0,006) × (110-0) + 0,006 × 2501,6
110oC, H’ udara masuk = 126,8004
70oC, H’ udara keluar = H’42 = (1,00η + 1,88 × H’42) × (70-0) + H’42× 2501,6
70oC, H’ udara keluar = H’42 = 70,35 + 2633,2 H42
H’ padatan masuk = (2,0998) × (64,2248-0) + 0,1 × 4,187 × (64,2248-0) = 166,7872
Universitas Sumatera Utara
H’ padatan keluar = (2,0998) × (80-0) + 0,02 × 4,187 × (80-0) = 174,6832
Tabel LB.6 Entalpi Rotary Dryer (kJ/kg)
Alur
30
42
41
43
Udara
Padatan
H’ masuk
126,8004
166,7872
-
H’ keluar
70,35 + 2633,2 H42
174,6832
F padatan = 1979,7980 kg/jam
Neraca Panas Total Rotary Dryer
Asumsi : kondisi adiabatis, udara panas pengering kontak langsung dengan padatan.
dQ
Q out – Q in = 0
dT
Q out = Q in
Fudara × H’udara masuk + Fpadatan × H’in =F ’udara × H’udara keluar + F padatan × H’43
Fudara × H’udara masuk + Fpadatan × H’in = F’udara × H’42 + F padatan × H’43
Fudara × 126,8004 + 1979,7980× 166,7872 =
F’udara × (70,35 + 2633,2 H42) + 1979,7980× 174,6832
Fudara × 126,8004 + 330.204,8834 = Fudara × (70,35 + 2633,2 H42) + 345.837,45
126,8004 Fudara – 15.632,5666 = 70,35 Fudara + 2633,2 Fudara H42
56,4504 Fudara – 15.632,5666 = 2633,2 Fudara H42
---*)
Neraca Massa Kandungan Air
Fudara × Hin+ Fpadatan × Xin = Fudara × H42+ F padatan × Xout
Fudara × 0,006 + 1979,7980 × 0,1 = Fudara × H42+ 1979,7980× 0,02
0,006 Fudara + 197,9798 = Fudara × H42 + 39,5960
0,006 Fudara + 158,3838 = Fudara H42
---**)
Dengan mensubstitusi persaman **) ke persamaan *), maka diperoleh:
56,4504 Fudara – 15.632,5666 = 2633,2 × (0,006 Fudara + 158,3838)
56,4504 Fudara – 15.632,5666 = 15,7922 Fudara + 589.143,3158
56,4504 Fudara – 15,7922 Fudara = 417.056,3275 - 15.632,5666
40,6512 Fudara = 401.423,7609
Fudara = 9.874,8318 kg/jam
H42 = 0,0208 kg air / kg udara kering.
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN C
PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN
LC.1 Tangki Penyimpanan Metilen Klorida (CH2Cl2) (V-101)
Fungsi
: Menyimpan larutan metilen klorida untuk kebutuhan
30 hari
Bahan Konstruksi
: Carbon steel SA-212, Grade B
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jenis Sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan:
Temperatur,
T = 25oC
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 30 hari
Laju alir massa,
F = 25,1577 kg/jam
ρ metilen klorida,
ρ = 1330 kg/m3
(Perry, 2008)
Perhitungan Ukuran Tangki:
1. Volume Tangki
V metilen klorida =
25,1577 kg / jam 30 hari 24 jam / hari
= 13,6192 m3
3
1330 kg / m
Faktor kelonggaran = 20%
Volume tangki, Vt = 1,2 × 13,6192 = 16,3430 m3
2. Diameter dan tinggi shell
Direncanakan:
Tinggi shell tangki : diameter tangki
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Volume shell tangki (Vs)
Vs = ¼ π D2Hs
5
Vs =
D 3
16
Hs : D = 5 : 4
Hh : D = 1 : 4
Universitas Sumatera Utara
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal, Vh =
24
D3
Volume tangki (V)
V = Vs + 2Vh
5
3
16,3430 =
D 3 +
D
16
12
19
16,3430 =
D 3
48
Maka diameter tangki, D = 2,3603 m = 92,9242 in
H
Tinggi shell tangki,
Hs = s D 2,9503 m
D
Tinggi tutup tangki,
Tinggi tangki,
H
Hh = h D 0,5901 m
D
Ht = Hs + 2Hh = 4,1305 m
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki
Untuk tutup atas tangki:
Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:
Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,5900 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :
Tinggi cairan dalam tangki, h =
13,6192 m 3
4,1305 m 3,4421 m
16,3430 m 3
Tekanan hidrostatik:
υ = ρ × g × h = 1330 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 3,4421 m = 44,8640 kPa
Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:
P operasi = 101,325 kPa + 44,8640 kPa = 146,1890 kPa
P desain = 1,2 × 146,1890 = 175,4268 kPa
Joint efficiency, E = 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress, S = 17500 psia = 120658,248 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki :
Universitas Sumatera Utara
t=
P D
nC
2SE 1,2 P
t=
175,4268 92,9242
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 1,2 175,4268
t = 0,2095 in
tebal shell standar yang digunakan = ¼ in.
Tebal tutup tangki bawah :
t=
P D
nC
2SE 0,2 P
t=
175,4268 92,9242
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 0,2 175,4268
t = 0,2095 in
tebal shell standar yang digunakan = ¼ in.
Tebal tutup tangki atas :
t=
P D
nC
2SE 0,2 P
t=
121,5900 92,9242
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 0,2 121,5900
t = 0,1835 in
tebal shell standar yang digunakan = ¼ in.
LC.2 Tangki Penyimpanan Natrium Hidroksida (NaOH) (V-102)
Fungsi
: Menyimpan larutan NaOH untuk kebutuhan
30 hari
Bahan Konstruksi
: Carbon steel SA-212, Grade B
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jenis Sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan:
Temperatur,
T = 25oC
Universitas Sumatera Utara
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 30 hari
Laju alir massa,
F = 657,4950 kg/jam
ρ larutan σaτH,
ρ = 1η20,3 kg/m3
(Perry, 1997)
Perhitungan Ukuran Tangki:
1. Volume Tangki
V NaOH =
657,4950 kg / jam 30 hari 24 jam / hari
= 311,3836 m3
3
1520,3 kg / m
V NaOH = 82.258,1927 gal
Untuk tangki dengan volume lebih besar daripada 10.000 gal, maka digunakan
tangki vertikal (Walas, dkk, 2005).
Faktor kelonggaran = 20%
Volume tangki, Vt = 1,2 × 311,3836 = 373,6603 m3
2. Diameter dan tinggi shell
Direncanakan:
Tinggi shell tangki : diameter tangki
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Volume shell tangki (Vs)
Vs = ¼ π D2Hs
5
Vs =
D 3
16
Hs : D = 5 : 4
Hh : D = 1 : 4
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal, Vh =
24
D3
Volume tangki (V)
V = Vs + 2Vh
5
3
373,6603 =
D 3 +
D
16
12
19
373,6603 =
D 3
48
Maka diameter tangki, D = 6,6990 m = 263,7406 in
H
Tinggi shell tangki,
Hs = s D 8,3738 m
D
Tinggi tutup tangki,
Tinggi tangki,
H
Hh = h D 1,6748 m
D
Ht = Hs + 2Hh = 11,7233 m
Universitas Sumatera Utara
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki
Untuk tutup atas tangki:
Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:
Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :
311,3836 m 3
11,7233 m 9,7694 m
Tinggi cairan dalam tangki, h =
373,6318 m 3
Tekanan hidrostatik:
υ = ρ × g × h = 1η20,3 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 9,7694 m = 145,5539 kPa
Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:
P operasi = 101,325 kPa + 145,5539 kPa = 246,8789 kPa
P desain = 1,2 × 246,8789 = 296,2547 kPa
Joint efficiency, E = 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress, S = 17500 psia = 120658,248 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki :
t=
P D
nC
2SE 1,2 P
t=
296,2547 264,1700
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 1,2 296,2547
t = 0,5305 in
tebal shell standar yang digunakan = ½ in
Tebal tutup tangki bawah :
t=
P D
nC
2SE 0,2 P
t=
296,2547 264,1700
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 0,2 296,2547
t = 0,5299 in
tebal shell standar yang digunakan = ½ in
Tebal tutup tangki atas :
Universitas Sumatera Utara
t=
P D
nC
2SE 0,2 P
t=
121,5900 264,1700
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 0,2 121,5900
t = 0,2911 in
tebal shell standar yang digunakan = ½ in
LC.3 Tangki Penyimpanan Fosgen (COCl2) (V-103)
Fungsi
: Menyimpan fosgen untuk kebutuhan 30 hari
Bahan Konstruksi
: Low alloy steel SA-353
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jenis Sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan:
Temperatur,
T = 25oC
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 30 hari
Laju alir massa,
F = 772,9676 kg/jam
ρ fosgen dalam fasa cair,
ρ = 1387 kg/m3
(Neogi, 2000)
Perhitungan Ukuran Tangki:
1. Volume Tangki
V fosgen =
772,9676 kg / jam 30 hari 24 jam / hari
= 401,2521 m3
3
1387 kg / m
V fosgen = 105.998,7664 gal
Untuk tangki dengan volume lebih besar daripada 10.000 gal, maka digunakan
tangki vertikal (Walas, dkk, 2005).
Faktor kelonggaran mengikuti
Faktor kelonggaran = 20%
Volume tangki, Vt = 1,2 × 401,2521 = 481,5025 m3
2. Diameter dan tinggi shell
Direncanakan:
Universitas Sumatera Utara
Tinggi shell tangki : diameter tangki
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Volume shell tangki (Vs)
Vs = ¼ π D2Hs
5
Vs =
D 3
16
Hs : D = 5 : 4
Hh : D = 1 : 4
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal, Vh =
24
D3
Volume tangki (V)
V = Vs + 2Vh
5
3
481,5025 =
D 3 +
D
16
12
19
481,5025 =
D 3
48
Maka diameter tangki, D = 7,2899 m = 287,0016 in
Hs
Tinggi shell tangki,
Hs =
D 9,1123 m
D
Tinggi tutup tangki,
Tinggi tangki,
Hh
Hh =
D 1,8225 m
D
Ht = Hs + 2Hh = 12,7572 m
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki
Untuk tutup atas tangki:
Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:
Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,321 kPa = 121,5900 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :
Tinggi gas dalam tangki, h =
401,2521 m 3
12,7572 m 10,6310 m
481,5025 m 3
Tekanan hidrostatik:
υ = ρ × g × h = 4,248 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 10,6310 m = 144,5034 kPa
Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:
P operasi = 101,325 kPa + 144,5034 kPa = 245,8284 kPa
P desain = 1,2 × 245,8284 = 294,9941 kPa
Joint efficiency, E = 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress, S = 22500 psia= 155.131,4984 kPa
(Brownell dan Young, 1959)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Universitas Sumatera Utara
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki :
t=
P D
nC
2SE 1.2 P
t=
294,9941 287,0016
10 (1 / 80)
2 155.131,4984 0,8 1.2 294,9941
t = 0,5644 in
tebal shell standar yang digunakan = ¾ in.
Tebal tutup tangki bawah :
t=
P D
nC
2SE 0,2 P
t=
294,9941 287,0016
10 (1 / 80)
2 155.131,4984 0,8 0.2 294,9941
t = 0,5637 in
tebal shell standar yang digunakan = ¾ n.
Tebal tutup tangki atas :
t=
P D
nC
2SE 0,2 P
t=
121,5900 287,0016
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 0,2 126,0970
t = 0,3058 in
tebal shell standar yang digunakan = ½ in.
LC.4 Tangki Penyimpanan Piridin (C5H5N) (V-104)
Fungsi
: Menyimpan piridin (katalis) untuk kebutuhan
30 hari
Bahan Konstruksi
: Carbon steel SA-212, Grade B
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Jenis Sambungan
: Double welded butt joints
Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Data Perhitungan:
Temperatur,
T = 25oC
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 30 hari
Laju alir massa,
F = 6,1681 kg/jam
ρ piridin,
ρ = λ81,λ kg/m3
(Perry, 2008)
Perhitungan Ukuran Tangki:
1. Volume Tangki
V piridin =
6,1681 kg / jam 30 hari 24 jam / hari
= 4,5229 m3
3
981,9 kg / m
Faktor kelonggaran = 20%
Volume tangki, Vt = 1,2 × 4,5229 = 5,4275 m3
2. Diameter dan tinggi shell
Direncanakan:
Tinggi shell tangki : diameter tangki
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
Volume shell tangki (Vs)
Vs = ¼ π D2Hs
5
Vs =
D 3
16
Hs : D = 5 : 4
Hh : D = 1 : 4
Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal, Vh =
24
D3
Volume tangki (V)
V = Vs + 2Vh
5
3
5,4275 =
D 3 +
D
16
12
19
5,4275 =
D 3
48
Maka diameter tangki, D = 1,4556 m = 57,3062 in
Hs
Tinggi shell tangki,
Hs =
D 1,8195 m
D
Tinggi tutup tangki,
Hh
Hh =
D 0,3639 m
D
Universitas Sumatera Utara
Tinggi tangki,
Ht = Hs + 2Hh = 2,5473 m
3. Tebal shell tangki dan tutup tangki
Untuk tutup atas tangki:
Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:
Poperasi
= 101,325 kPa
Pdesain
= 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa
Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :
4,5229m 3
2,5473 m 2,1227 m
Tinggi cairan dalam tangki, h =
5,4275 m 3
Tekanan hidrostatik:
υ = ρ × g × h = λ81,λ kg/m3 × 9,8 m/det2 × 2,1227 m = 20,4262 kPa
Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:
P operasi = 101,325 kPa + 20,4262 kPa = 121,7512 kPa
P desain = 1,2 × 121,7512 = 146,1014 kPa
Joint efficiency, E = 0,8
(Brownell dan Young, 1959)
Allowable stress, S = 17500 psia = 120658,248 kPa (Brownell dan Young, 1959)
Faktor korosi, C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Umur alat, n = 10 tahun
Tebal shell tangki :
t=
P D
nC
2SE 1.2 P
t=
146,1014 79,3502
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 1.2 146,1014
t = 0,1684 in
tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in
Tebal tutup tangki bawah :
t=
P D
nC
2SE 0,2 P
t=
146,1014 79,3502
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 0.2 146,1014
t = 0,1684 in
Universitas Sumatera Utara
tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in
Tebal tutup tangki atas :
t=
P D
nC
2SE 0,2 P
t=
121,5900 57,3062
10 (1 / 80)
2 120658,248 0,8 0,2 121,5900
t = 0,1655 in
tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in
LC. 5 Gudang Penyimpanan Bisfenol-a (C15H16O2) (F-101)
Fungsi
: Menyimpan Bisfenol-a dalam kemasan plastik
selama 7 hari
Bahan Konstruksi
: Dinding dari beton dan atap dari seng
Bentuk
: Prisma segi empat beraturan
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan:
Temperatur,
T = 25oC
Tekanan,
P = 1 atm
Kebutuhan perancangan,
t = 7 hari
Laju alir massa,
F = 1.873,8608 kg/jam
ρ bisfenol-a,
ρ = 1,1λη kg/m3
(Perry, 1997)
Kapasitas gudang = 1.873,8608 kg/jam × 24 jam/hari × 7 hari = 314.808,6146 kg.
Bisphenol-a dikemas dalam goni plastik dengan kapasitas 50 kg/goni.
Maka goni yang dibutuhkan =
314.808,6146 kg
6.296,1723 goni
50kg / goni
Tinggi gudang:
Asumsi tebal 1 goni plastik = 15 cm
Maksimal tumpukan goni = 20 buah
Faktor kelonggaran = 50%
Tinggi gudang yang dibutuhkan = 1,5 × 15 cm × 30 = 4,5 m = 5 m.
Universitas Sumatera Utara
Panjang gudang:
Direncanakan susunan goni = 30 goni × 15 goni
Dimana panjang 1 goni = 60 cm
Faktor kelonggaran = 30%
Untuk jalan dalam gudang = 30%
Panjang gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 60 cm × 30 = 23,4 m = 24 m.
Lebar gudang :
Faktor kelonggaran = 30 %
Dimana lebar 1 goni 45 cm
Lebar gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 45 cm × 15 = 877,5 cm = 8,775 m ≈ 9 m.
LC.6 Blower I (B-101)
Fungsi
Tipe
Bahan konstruksi
Jumlah
: Mengumpankan fosgen ke mixing point I (M-101)
: Turbo blower
: Carbon steel
: 1 unit
Data perhitungan:
Temperatur,
Tekanan operasi,
Laju alir massa,
ρ fosgen,
T = 25 oC
P = 1,6 atm = 162,12 kPa = 650,8866 in H2O
F = 771,6365 kg/jam
ρ = 4,2480 kg/m3
F 771,6365 kg / jam
Laju alir volum, Q =
=181,6510 m3/jam = 106,9107 ft3/menit
3
4,248 kg / m
Daya turbo blower dapat dihitung dengan persamaan :
P = 0,000157 × Q (ft3/menit) × P (in H2O)
P = 0,000157 × 106,9107 × 650,8866 = 10,9251
Efisiensi blower = 80%
P = 10,9251/ 0,8 = 13,6564
Digunakan daya motor standar 14 hp.
(Perry, 2008)
LC.7 Pompa Metilen Klorida (P-101)
Fungsi
: Memompa larutan metilen klorida dari tangki
penyimpanan metilen klorida ke Mixing Point
Universitas Sumatera Utara
Tipe
B