LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

  

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

  KapasitasProduk : 100.000 ton/tahun Basis Perhitungan : 1 jamoperasi SatuanOperasi : kg/jam Waktukerja per tahun : 330 hari Kapasitasproduksi per jam :

  ( ) :12626,26263kg/ jam

  Kemurnianproduk : 99,85 % Denganmelakukanperhitunganalur mundurmakakapasitasproduksi dimetil eteradalah 12626,26263kg/jam, namadagang, rumuskimia serta kadarbahanbakudapatdilihatpadatabel LA.1 berikut:

  Nama Dagang Rumus Kimia Kadar BM Metanol CH OH 99,5 %

  32

  3 Air H O 0,5%

  18

  2 Total 100 % LA.1. Reaktor (R-101)

  Fungsi :Sebagaitempat terjadinya reaksi dehidrasi Metanol sehingga menghasilkan Dimetil Eter yang akan dimurnikan pada proses berikutnya. Blok diagram :

  (F ) (F ) _{3 4 (4)} CH OH _{3 (4) (3)} Reaktor H O ₂ CH OH 99,5% _{3 (4) (3)}

CH OCH

  _{3 3} H O 0,5 % ₂ F = 12626,26263kg/ jam ₄

  Dari reaksi :

  2 CH OH --------> CH OCH + H O

  3 (l) 3 3(g) 2 (g)

  Dimana Kondisi Operasi : Temperatur : 250 C Tekanan : 12 atm Konversi : 90% Neraca Massa total adalah :

  in out

  N = N r s = 1,.,.,.,.,.,s (reklaitis, 1942)

• σ

  s s s

  Maka :

  3

  4 F = F (CH3OH(3)) (CH3OCH3)

  Dengan menggunakan basis perhitungan berdasarkan produksi dimetil eter 12626,26263kg/ jam maka diperoleh :

  (3)

  CH OH = 99,5% x 12626,26263kg/ jam =12563,13131 kg/jam

  3 masuk

  = 392,5978535 kmol

  (3)

  H O = 0,5% x 12626,26263kg/ jam = 63,13131313 kg/jam

  2 masuk (3)

  CH OH = 90 % x 392, 5978535 Kmol = 353,3380682 kmol

  3 bereaksi

  CH OCH = ½ x 392, 5978535 Kmol = 176, 6690341 kmol

  3 3bereaksi

  = 8126,775568 kg/jam CH OH = 392,5978535 - 353,3380682 =39,25978535 kmol

3 Sisa

  = 1256,313131 kg/jam H O = ½ x 353,3380682 kmol = 176,6690341 kmol

  2 bereaksi

  = 3180,042614 kg/mol

  (4)

  H O = 63,13131313 + 3180,042614 = 3243,173927 kg/jam

2 Keluar

  Berdasarkan perhitungan diatas maka hasil perhitungan keseluruhan dapat dilihat dalam tabel berikut : Masuk (kg/jam) Keluar (Kg/jam)

  Komponen Alur 3 Alur 4

  CH OH 12563,13131 1256,313131

3 H O 63,13131313 3243,173927

  2

• CH OCH 8126,775568

  3

3 Total 12626,26263 12626,26263

  LA.2. Menara Destilasi (MD – 101)

  Fungsi : Memisahkan campuran metanol danair sebagai produk bawah dengan dimetil etersebagai produk atas.

  (F )

  5 _{(5) (4)}

CH OCH

  _{3 3} CH OH ₃

  (F ) ₍₄₎

  4 H O _{2 (4)} CH OCH _{3 3} MD - 101

  (F )

  8 ₍₈₎

CH OH

  _{3 (8)} H O ₂ Menentukan harga X f

  X =

  f(CH3OH)

  = = 0,0991 X = 0,4549

  f(H2O)

  X = 0,4460

  f(CH3OCH3)

  Tabel kondisi umpan masuk MD

• – 101 Laju Alir Laju Alir fraksi mol

  KOMPONEN (kg/jam) (kmol/jam) (X )

  i

  CH OH 1256,3131 39,2598 0,0991

  3 H O 3243,1739 180,1763 0,4549

  2 CH OCH 8126,7756 176,6690 0,4460

  3

  3 TOTAL 12626,2626 396,1051 1,0000

  Persamaan  

  B o

  Antoine : ln Pi = A - , dimana P = Bar, T = K  

  T  C

    Dimana : A, B dan C adalah Constanta Antoine Kondisi umpan masuk MD

• – 101 : P = 1 atm = 1,0133 bar T = 50 C = 323 K

Nilai bilangan Antoine KOMPONEN A B C CH OH 5,20409 1581,341 -33,5

  3 H O 3,55959 643,748 -198,043

  2 CH OCH 4,11475 894,669 -30,604

  3

  3

  (Reklaitis, 1983) Dengan menggunakan persamaan antoine maka diperoleh : Menghitung Tekanan pada DME :

   

  B

  ln Pi = A -

CH3OCH3

     C

  T

     894 , 669 

  = 4,11475-   323 (

  30 , 604 )  

    = 0,7724 bar

  Menghitung tekanan pada Metanol :  B  ln Pi = A -

CH3OH

   

  T  C

     

  1581,341 = 5,20409-

     323 ( -

  33.5 )  

  = 0,2035 bar Menghitung tekanan pada Air :

   

  B

  ln Pi = A -

H2O

   

  T  C

     

  643,748 = 3.55959-

     323 ( -198.043 )

    = 2,8719bar

  Menentukan harga Ki K = Pi/P

CH3OCH3

  = 0,7724 bar / 1,0133 bar = 0,7623

  K = 0,2008

CH3OH

  K = 2,8343

H2O

  Menentukanharga Y

  i

  Yi = Ki x Xi

CH3OCH3

  = 0,7623 / 0,0991 = 0,0756

  Yi = 0,0913

CH3OH

  Yi = 1,2642

H2O

  Hasil perhitungan dapat dilihat dalam tabel berikut : Fraksi Mol Tekanan Kesetimbangan Fraksi Mol

  KOMPONEN (X ) (P ) (K = P /P) (Y = K . X )

  i i i i i i i

  CH OCH 0,0991 0,7724 0,7623 0,0756

  3

  3 CH OH 0,4549 0,2035 0,2008 0,0913

  3 H O 0,4460 2,8719 2,8343 1,2642

  2 TOTAL 1,0000 1,4311

  Berdasarkan Metode Hengtebeck’s F = F x kemurnian produk

  (out) top produk (in)

  F = F x (100% - kemurnian produk)

  (out)bottom produk (in)

  (Fogler, S. 1992) Menentukan laju alir top produk : F = 176,6690 kmol/jam x 99,85%

  5(CH3OCH3)Top

  = 176,4040 kmol/jam = 8114,5854 kg/jam F = 39,2009 kmol/jam = 1254,4287 kg/jam

  5(CH3OH)Top

  F = 0,2703 kmol/jam = 4,8648 kg/jam

  5(H2O)Top

  Menentukan laju alir bottom produk : F = 176,6690 kmol/jam x (100% - 99,85%)

  8(CH3OCH3)Bottom

  = 0,2650 kmol/jam = 12,1902 kg/jam F = 0,0589 kmol/jam = 1,8845 kg/jam

  8(CH3OH)Bottom

  F = 179,9061 kmol/jam = 3238,3092 kg/jam

  8(H2O)Bottom

  Kondisi operasi di menara desatilasi (MD

• – 101): Tekanan : 1 atm = 1,0133 bar
• –894,669 / (323 + -30,604) = 2,8719

  Temperatur : 50 C = 323 K Menentukanharga Y

  = 0,2035 Menentukan harga Ki K

  (H2O)

  = 0,2382 Xi

  (CH3OH)

  Xi

  = Yi/Ki = 0,8172Kmol / 2,8343 = 0,2883

  (CH3OCH3)

  = 0,2008 Menentukan harga Xi Xi

  (H2O)

  = 0,7623 K

  (CH3OH)

  K

  = Pi/P = 2,8719bar / 1,0133 bar = 2,8343

  (CH3OCH3)

  (H2O)

  i

  = 0,7724 Pi

  (CH3OH)

  Pi

  = exp(A - B / (T + C) = exp(4,11475

  (CH3OCH3)

  = 0,0013 MenentukanhargaPi Pi

  (H2O)

  = 0,1816 Yi

  (CH3OH)

  Yi

  = Total Mol laju alir / Mol dimetil eter = 215,8752kmol / 176,4040kmol = 0,8172

  (CH3OCH3)

  Yi

  = 0,0062 Tabel hasil perhitungan neraca massa MD

• –101 top produk Laju alir Fraksi Tekanan Kesetimbangan Fraksi mol Laju alir

  KOMPONEN kmol/jam Mol (Y ) (P ) (K = Pi/P) (Xi = Yi/Ki) (kg/jam)

  i i

  CH OCH 176,4040 0,8172 2,8719 2,8343 0,2883 8114,5854

  3

  3 CH OH 39,2009 0,1816 0,7724 0,7623 0,2382 1254,4287

  3 H O 0,2703 0,0013 0,2035 0,2008 0,0062 4,8648

  2 TOTAL 215,8752 1,0000 0,5401 9373,8788

  Tabel hasil perhitungan Neraca Massa MD

• – 101 bottom produk Laju Alir Fraksi Tekanan Kesetimbangan Fraksi Mol Laju Alir KOMPONEN kmol/jam Mol (Xi) (Pi) (K = Pi/P) (Yi = Xi.Ki) (kg/jam) CH OCH 0,2650 0,0015 2,8719 2,8343 0,0042 12,1902

  3

  3 CH OH 0,0589 0,0003 0,7724 0,7623 0,0002 1,8845

  3 H O 179,9061 0,9982 0,2035 0,2008 0,2005 3238,3092

  2 TOTAL 180,2300 1,0000 0,2049 3252,3838

  Tabel neraca massa total untuk MD

• – 101

  OUTPUT (kg/jam) KOMPONEN

  INPUT TOP (Alur BOTTOM (Alur 5)(kg/jam) 6) (Alur 9)

CH OCH 1256,3131 8114,5854 12,1902

  3

  3 CH OH 3243,1739 1254,4287 1,8845

  3 H O 8126,7756 4,8648 3238,3092

  2 TOTAL 12626,2626 9373,8788 3252,3838 12626,2626

  LA.3. CONDENSOR (CD-101)

  Fungsi : Memisahkanproduk atas dimetil eter pada MD-101 Gambar : ₍₅₎

CH OH

  ₃

  (F ) (F ) ₍₅₎

  5

  7 ₍₇₎ H O _{2 CD - 101 CH OCH (5) 3 3} CH OCH _{3 3 (6)} CH OH ₃

  (F ) ₍₆₎

  6 H O ₂ Kondisi Uap kondensor :

  P = 1 atm = 1,0133 bar

  o o

  T = 50 C = 323 K Neraca bahan total, dimana :

  V = L + D R = L / D

  (Geankoplis, 1997)

  o

  V = ( R + 1 ) x D ; D= 215,8752 kmol R = 0,43 V = L + D = (R + 1).x D = (0,43 + 1) x 215,8752 kmol = 308,7015 kmol L = R x D = 0,43 x 215,8752 kmol = 92,8263 kmol Menentukan laju alir uap masuk kondensor - 101

  Laju Alir = Fraksi Mol x V

  (CH3OCH3) (CH3OCH3)

  = 0,8172 x 308,7015 = 252,2578 kmol/jam = 11603,8571 kg/jam Tabel hasil perhitungan uap masuk kondensor

• – 101

  KOMPONEN Fraksi Mol Laju Alir Laju Alir (Xi) (kmol/jam) (kg/jam)

CH OCH 0,8172 252,2578 11603,8571

  3

  3 CH OH 0,1816 56,0573 1793,8330

  3 H O 0,0013 0,3865 6,9566

  2 TOTAL 1,0000 308,7015 13404,6467

  Menentukan laju alir refluks kondensor - 101 Laju Alir = Fraksi Mol x L

  (CH3OCH3) (CH3OCH3)

  = 0,8172 x 92,8263 = 75,8537 kmol/jam = 3489,2717 kg/jam

  Tabel hasil perhitungan aliran refluks kondensor

• – 101

  KOMPONEN Fraksi Mol Laju Alir Laju Alir (Xi) (kmol/jam) (kg/jam)

CH OCH 0,8172 75,8537 3489,2717

  3

  3 CH OH 0,1816 16,8564 539,4043

  3 H O 0,0013 0,1162 2,0918

  2 TOTAL 1,0000 92,8263 4030,7679

  Menentukan laju alir uap keluar kondensor - 101 Laju Alir = Fraksi Mol x D

  (CH3OCH3) (CH3OCH3)

  = 0,8172 x 215,8752 = 176,4040 kmol/jam = 8114,5854 kg/jam Tabel hasil peritungan uap keluar (destilat) kondensor - 101

  KOMPONEN Fraksi Mol Laju Alir Laju Alir (Xi) (kmol/jam) (kg/jam)

CH OCH 0,8172 176,4040 8114,5854

  3

  3 CH OH 0,1816 39,2009 1254,4287

  3 H O 0,0013 0,2703 4,8648

  2 TOTAL 1,0000 215,8752 9373,8788

  Tabel neraca massa total kondensor - 101

  KOMPONEN

  INPUT (kg/jam) OUTPUT (kg/jam) Alur 6 REFLUKS UAP Alur 7 Alur 8

CH OCH 11603,8571 3489,2717 8114,5854

  3

  3 CH OH 1793,8330 539,4043 1254,4287

  3 H O 6,9566 2,0918 4,8648

  2 TOTAL 13404,6467 4030,7679 9373,8788 13404.6467

  LA.4.REBOILER (RB-101)

  Fungsi : Untuk menguapkan sebagian campuran produk bottom MD-101 ₍₉₎ Gambar :

CH OH

  _{3 (9)} H O _{2 (9)} V* CH ^{3 OCH 3}

  (F )

  19

  9

  18

  20

  (F ) (F ) _{(8) L*}

  8

  10 ₍₁₀₎

CH OH

  _{3 (8)}

CH OH

  _{3 (10)} H O _{2 (8) B*} H O ₂ CH ^{3 OCH 3} Kondisi Uap kondensor :

  P = 1 atm = 1,0133 bar

  o o

  T = 50 C = 323 K

  Feed masukpadakondisi bubble point atau saturated liquid feed, maka q = 1

  Sehingga :

  L* = F + L V* = V + ( q

  (Geankoplis, 1997)

• – 1 ) x F Neraca Total : B* = L* - V Dimana : L* = Komponen trap out V* = Komponen vapor RB-101 F = Komponen feed MD-101 L = Komponen Refluks

  V = Feed CD-101 Dari perhitungan : F = 396,1051 kmol L = 92,8263 kmol V = 308,7015 kmol Bahan pada feed RB- 101 (trap out), L* L* = Feed KD-01 + Refluks L

  = 488,9315 kmol Bahan pada Vapor RB- 101, V* V* = V + ( q

• – 1 ) x F = 308,7015 Kmol Bahan pada Bottom RB- 101, B* B* = L* - V*

  = 180,23 kmol Menghitung laju alir umpan masuk reboiler

• – 101 (L*) Laju Alir = fraksi mol x L*

  (CH3OCH3) (CH3OCH3)

  = 0,0015 x 488,9315 = 0,7189 kmol/jam

  = 33,0697 kg/jam Tabel perhitungan umpan reboiler -101, L*

• – 101 (V*) Laju Alir

  3 0,0015 0,4539 20,8796 CH

  3 OH 0,0003 0,0589 1,8845 H

  3 0,0015 0,2650 12,1902 CH

  3 OCH

  Laju Alir (kg/jam) CH

  KOMPONEN Fraksi mol (Xi) Laju Alir (kmol/jam)

  = 12,1902 kg/jam Tabel perhitungan bottom produk reboiler

  x B* = 0,0015 x 180,23 = 0,2650 kmol/jam

  (CH3OCH3)

  = fraksi mol

  (CH3OCH3)

  Menghitung laju alir bottom produk reboiler

  2 O 0,9982 308,1468 5546,6415 TOTAL 1,0000 308,7015 5570,7488

  3 OH 0,0003 0,1009 3,2278 H

  3 OCH

  Laju Alir (kg/jam) CH

  KOMPONEN Fraksi mol (Xi) Laju Alir (kmol/jam)

  = 20,8796 kg/jam Tabel perhitunganRefluks Reboiler -101, V*

  x V* = 0,0015 x 308,7015 = 0,4539 kmol/jam

  (CH3OCH3)

  = fraksi mol

  (CH3OCH3)

  Menghitung laju alir refluks reboiler

  2 O 0,9982 488,0528 8784,9507 TOTAL 1,0000 488,9315 8823,1326

  3 OH 0,0003 0,1598 5,1122 H

  3 0,0015 0,7189 33,0697 CH

  3 OCH

  Laju Alir (kg/jam) CH

  KOMPONEN Fraksi mol (Xi) Laju Alir (kmol/jam)

• – 101 (B*) Laju Alir
• – 101, B*

  2 O 0,9982 179,9061 3238,3092 TOTAL 1,0000 180,2300 3252,3838

  Tabel neraca massa total reboiler

• – 101

  KOMPONEN

  INPUT (kg/jam) OUTPUT (kg/jam) Alur 9

  (Alur

REFLUKS BOTTOM

  (Alur 10) 11) CH OCH 33,0697 20,8796 12,1902

  3

  3 CH OH 5,1122 3,2278 1,8845

  3 H O 8784,9507 5546,6415 3238,3092

  2 TOTAL 8823,1326 5570,7488 3252,3838 8823,1326

  LA.5. Menara Destilasi (MD – 102)

  Fungsi : Memisahkan campuran metanol sebagai produk atas dengan air sebagai produk bawah.

  (F )

  11 ₍₁₁₎

CH OH

  ₃

  (F ) ₍₁₀₎

10 CH OH

  _{3 (10)} H O ₂ MD - 102

  (F )

  14 ₍₁₄₎ H O ₂ Kondisi umpan masuk MD - 102

  Fraksi mol (Xi) Laju Alir Laju Alir KOMPONEN (kmol/jam) (kg/jam) CH OCH 0,0015 0,2650 12,1902

  3

  3 CH OH 0,0003 0,0589 1,8845

  3 H O 0,9982 179,9061 3238,3092

  2 TOTAL 1,0000 180,2300 3252,3838

   

  B o

  Persamaan Antoine : ln Pi = A - , dimana P = Bar, T = K  

  T  C

    Dimana : A, B dan C adalah Constanta Antoine Kondisi umpan masuk MD

• – 102 :

P = 1 atm = 1,0133 bar T = 70 C = 343 K Nilai Bilangan Antoine KOMPONEN A B C CH OH 5,20409 1581,341 -33,5

  3 H O 3,55959 643,748 -198,043

  2 DME 4,11475 894,669 -30,604

  (Reklaitis, 1983) Dengan menggunakan persamaan antoine maka diperoleh : Menghitung Tekanan pada dimetil eter :

   

  B

  ln Pi = A -

  (CH3OCH3)

   

  T  C

     894 . 669 

  = 4.11475-   343  ( 

  30 , 604 )  

  = 3,4933bar Menghitung tekanan pada Metanol :

   

  B

  ln Pi = A -

  (CH3OH)

   

  T  C

     

  1581.341 = 5,20409 -

    343  ( - 33.5 )

    = 1,0994 bar

  Menghitung tekanan pada Air :  B  ln Pi = A -

  (H2O)

   

  T  C

     

  643,748 = 3,55959 -

     343 ( -198.043 )

    = 0.4142bar Dengan menggunakan trial error untuk memperoleh data top produk : Kondisi Operasi Menara desatilasi (MD

• – 102): Tekanan : 1 atm = 1,0133 bar Temperatur : 70 C = 343 K Berdasarkan Metode Hengtebeck’s F = F x kemurnian produk

  (out) top produk (in)

  F = F x (100% - kemurnian produk)

  (out)bottom produk (in)

  (Fogler, S. 1992) Menentukan laju alir top produk : F = 0,2650 kmol/jam x 99,5%

  11(CH3OCH3)Top

  = 0,2637 kmol/jam = 12,1292 kg/jam F = 0,0586 kmol/jam = 1,8750 kg/jam

  11(CH3OH)Top

  F = 0,8995 kmol/jam = 16,1915 kg/jam

  11(H2O)Top

  Menentukan laju alir bottom produk : F = 0,2650 kmol/jam x (100% - 99,5%)

  14(CH3OCH3)Bottom

  = 0,0013 kmol/jam = 0,0610 kg/jam F = 0,0003 kmol/jam = 0,0094 kg/jam

  14(CH3OH)Bottom

  F = 179,0065 kmol/jam = 3222,1176 kg/jam

  14(H2O)Bottom

  MenentukanhargaYi Yi = Total laju alir / laju alir DME

  (CH3OCH3)

  = 215,8752kmol / 176,4040kmol = 0,2158Kmol

  Yi = 0,0480Kmol

  (CH3OH)

  Yi = 0,7362Kmol

  (H2O)

  Menentukanharga Pi Pi = exp(A - B / (T + C)

  (CH3OCH3)

  = exp(4,11475

• –894,669 / (343 + (-30,604))

  = 3,4933 Pi = 1,0994

  (CH3OH)

  Pi = 0,4142

  (H2O)

  Menentukan harga Ki K = Pi/P

  (CH3OCH3)

  = 3,4933bar / 1,0133 bar = 3,4477

  K = 1,0850

  (CH3OH)

  K = 0,4088

  (H2O)

  Menentukan harga Xi Xi = Yi/Ki

  (CH3OCH3)

  = 0,2158Kmol / 3.4477 = 0,0626

  Xi = 0,0442

  (CH3OH)

  Xi = 1,8010

  (H2O)

  Tabel neraca massa MD

• – 102 top produk Laju alir Fraksi Tekanan Kesetimbangan Fraksi mol Laju alir

  KOMPONEN (kmol/jam) Mol (Y ) (P ) (K = Pi/P) (Xi = Yi/Ki) (kg/jam)

  i i

  CH OCH

  3

  3

  0,2637 0,2158 3,4933 3,4477 0,0626 12,1292 CH OH

  3

  0,0586 0,0480 1,0994 1,0850 0,0442 1,8750 H O

  2

  0,8995 0,7362 0,4142 0,4088 1,8010 16,1915 TOTAL 1,2218 1,0000 1,9078 30,1958 Tabel neraca massa MD

• – 102 bottom produk Laju alir Fraksi Tekanan Kesetimbangan Fraksi mol Laju alir

  KOMPONEN (kmol/jam) Mol (Y ) (P ) (K = Pi/P) (Xi = Yi/Ki) (kg/jam)

  i i

  CH OCH

  3

  3

  0,0013 0,0000 3,4933 3,4477 0,0000 0,0610 CH OH

  3

  0,0003 0,0000 1,0994 1,0850 0,0000 0,0094 H

  179,0065 1,0000 0,4142 0,4088 0,4088 3222,1176 TOTAL 179,0082 1,0000 0,4088 3222,1880 Tabel neraca massa total MD - 102

2 O

  INPUT (kg/jam)

  (F

  K Neraca bahan total, dimana :

  V = L + D R = L

  o

  / D (Geankoplis, 1997)

  V = ( R + 1 ) x D ; D= 1,2218 kmol R = 15,5 V = L + D = (R + 1).x D = (15,5 + 1) x 1,2218 kmol = 20,1598 kmol

  CD - 101

  11

  C = 343

  ) (F

  13

  ) (F

  12

  )

  CH ₃ OH ⁽¹¹⁾ H ₂ O ⁽¹¹⁾ H ₂ O ⁽¹²⁾ CH ₃ OH ⁽¹³⁾

  o

  o

  (Alur 12)

  12,1902 12,1292 0,0610 CH

  OUTPUT (kg/jam) TOP

  (Alur 13)

  BOTTOM

  (Alur 16) CH

  3 OCH

  3

  3 OH

  KOMPONEN

  1,8845 1,8750 0,0094 H

  2 O

  3238,3092 16,1915 3222,1176 TOTAL

  3252,3838 30.1958 3222,1880

  3252,3838

  LA.6. CONDENSOR (CD-102)

  Fungsi : Mengembunkan produk top MD-102 Gambar : Kondisi Uap kondenser :

  P = 1 atm = 1,0133 bar T = 70

  L = R x D = 15,5 x 1,2218 kmol = 18,9380 kmol Laju Alir = Fraksi Mol x V

  = 0,2158 x 20,1598 = 4,3507 kmol/jam = 200,1320 kg/jam

  Menentukan laju alir uap masuk kondensor - 102 Laju Alir = Fraksi Mol x V

  (CH3OCH3) (CH3OCH3)

  = 0,2158 x 20,1598 = 4,3507 kmol/jam = 200,1320 kg/jam

  Tabel hasil perhitunganlaju alir uap masuk Kondensor

• – 102

  KOMPONEN Fraksi Laju Alir Laju Alir Mol (Xi) (kmol/jam) (kg/jam)

CH OCH 0,2158 4,3507 200,1320

  3

  3 CH OH 0,0480 0,9668 30,9383

  3 H O 0,7362 14,8423 267,1605

  2 TOTAL 1,0000 20,1598 498,2308

  Menentukan laju alir uap masuk kondensor - 102 Laju Alir = Fraksi Mol x L

  (CH3OCH3) (CH3OCH3)

  = 0,2158 x 18,9380 = 4,0870 kmol/jam = 188,0028 kg/jam

  Tabel hasil perhitungan laju alirrefluks Kondensor - 102

  KOMPONEN Fraksi Mol Laju Alir Laju Alir

  18

  2 O (14)

  Fungsi : Untuk menguapkan sebagian campuran produk bottom MD-102 Gambar :

  

(Xi) (kmol/jam) (kg/jam)

CH

  3 OCH

  3

0,2158 4,0870 188,0028

CH

  3 OH 0,0480 0,9082 29,0632 H

  2 O 0,7362 13,9427 250,9690 TOTAL 1,0000 18,9380 468,0350

  CH

  3 OH (14)

  H

  H

  2 O 267,1605 250,9690 16,1915 TOTAL 498,2308 468,0350 30,1958

  2 O (16)

  (F

  14

  ) (F

  15

  ) (F

  16

  ) CH

  3 OH (15)

  H

  498,2308 LA.7. REBOILER (RB-102)

  3 OH 30,9383 29,0632 1,8750 H

  20

  Laju Alir (kg/jam) CH

  19 L* V* B*

  Menentukan laju alir uap masuk kondensor - 102 Laju Alir

  (CH3OCH3)

  = Fraksi Mol

  (CH3OCH3)

  x D = 0,2158 x 1,2218

  = 0,2637 kmol/jam = 12,1292 kg/jam

  Tabel hasil perhitungan laju alir Uap Keluar (destilat) kondensor - 102

  KOMPONEN Fraksi Mol (Xi)

Laju Alir

(kmol/jam)

  3 OCH

  3 200,1320 188,0028 12,1292 CH

  3

0,2158 0,2637 12,1292

CH

  3 OH 0,0480 0,0586 1,8750 H

  2 O 0,7362 0,8995 16,1915 TOTAL 1,0000 1,2218 30,1958

  Tabel neraca massa total kondensor - 102

  KOMPONEN

  INPUT (kg/jam) (Alur 13)

  OUTPUT (kg/jam)

  REFLUKS (Alur 14)

  UAP (Alur 15) CH

  3 OCH

  2 O (15) Kondisi Uap kondenser : P = 1 atm = 1,0133 bar

  o o

  T = 70 C = 243 K masukpadakondisi bubble point atau saturated liquid feed, maka q = 1

  Feed

  Sehingga : L* = F + L V* = V + ( q

  (Geankoplis, 1997)

• – 1 ) x F Neraca Total : B* = L* - V Dimana : L* = Komponen trap out V* = Komponen vapor RB-101 F = Komponen feed MD-101 L = Komponen Refluks

  V = Feed CD-101 Dari perhitungan : F = 180,23 kmol L = 54,1170 kmol V = 31,3012 kmol Bahan pada feed RB- 101 (trap out), L* L* = Feed KD-01 + Refluks L

  = 180,23 Kmol + 18,9380 Kmol = 199,1679 kmol

  Bahan pada Vapor RB- 101, V* V* = V + ( q

• – 1 ) x F = 20,1598 Kmol

Bahan pada Bottom RB- 101, B* B* = L* - V*

  = 199,1679 - 20,1598 = 179,0082 kmol Menghitung laju alir umpan masuk reboiler

• – 101 (L*) Laju Alir = fraksi mol x L*

  (CH3OCH3) (CH3OCH3)

  = 0,00000074 x 199,1679 = 0,0015 kmol/jam

  = 0,0678 kg/jam Tabel hasil perhitungan laju alirumpan reboiler -102, L*

  KOMPONEN Fraksi Mol (Xi) Laju Alir Laju Alir (kmol/jam) (kg/jam)

CH OCH 0,0000 0,0015 0,0678

  3

  3 CH OH 0,0000 0,0003 0,0105

  3 H O 1,0000 199,1661 3584,9902

  2 TOTAL 1,0000 199,1679 3585,0684

  Menghitung laju alir umpan masuk reboiler

• – 101 (V*) Laju Alir = fraksi mol x V*

  (CH3OCH3) (CH3OCH3)

  = 0,00000074 x 20,1598 = 0,0001 kmol/jam

  = 0,0069 kg/jam Tabel hasil perhitungan laju alirrefluks reboiler -102, V*

  KOMPONEN Fraksi Mol (Xi) Laju Alir Laju Alir (kmol/jam) (kg/jam)

CH OCH 0,0000 0,0001 0,0069

  3

  3 CH OH 0,0000 0,0000 0,0011

  3 H O 1,0000 20,1596 362,8725

  2 TOTAL 1,0000 20,1598 362,8805 Menghitung laju alir umpan masuk reboiler

• – 101 (B*) Laju Alir = fraksi mol x B*

  (CH3OCH3) (CH3OCH3)

  = 0,00000074 x 179,0082 = 0,0013 kmol/jam

  = 0,0610 kg/jam Tabel hasil perhitunganlaju alirbottom produk reboiler

• – 102, B*

  KOMPONEN Fraksi Mol (Xi) Laju Alir Laju Alir (kmol/jam) (kg/jam)

CH OCH 0,0000 0,0013 0,0610

  3

  3 CH OH 0,0000 0,0003 0,0094

  3 H O 1,0000 179,0065 3222,1176

  2 TOTAL 1,0000 179,0082 3222,1880

  Tabel neraca massa total reboiler

• – 102

  KOMPONEN (kg/jam) (kg/jam)

INPUT OUTPUT

  (Alur 16)

REFLUKS BOTTOM

  (Alur 17) (Alur 18) CH OCH 0,0678 0,0069 0,0610

  3

  3 CH OH 0,0105 0,0011 0,0094

  3 H O 3584,9902 362.8725 3222,1176

  2 362,8805 3222,1880 TOTAL 3585,0684

  3585,0684

  

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

  3

  4

  4

  3

  3

  2

  2

  4

  2 . o D

o

C o B o T

    ^T _{T p p o} C dT T C .

  T T T T T T T T T A DT dt CT T B A _o

            

    

     

   Panas laten. yang dihitung apabila terdapat perubahan fase.

  Q = n.

  ΔH

  v dengan : Q : Panas laten senyawa. kJ.

         

  

  Kapasitas : 100.000 ton/tahun Operasi Pabrik : 330 hari/tahun Basis Perhitungan : 1 Jam operasi Temperatur Referensi : 25

  p .

  o

  C = 298 K Satuan Panas : Kilo Joule (kJ) Bahan baku : Metanol (CH

  3 OH)

  Hasil produksi : Dimetil eter (CH

  3 OCH

  3

  ) Panas yang dihitung pada neraca panas ini. meliputi : Panas yang dihitung apabila terjadi perubahan temperatur.

  Q = n.C

  ΔT dengan : ΔT = T - T o Q : Panas yang dihasilkan/dikeluarkan. kJ.

  Keterangan :

  C

  p : Kapasitas panas. kJ/kmol.K.

  n : Mol senyawa. kmol. T

  o

  : Temperatur referensi. 25

  o C.

  T : Temperatur senyawa.

  

o

C.

  n : Mol senyawa. kmol. ΔH v : Panas penguapan. kJ/kmol. Panas reaksi. untuk menghitung panas yang dihasilkan dari reaksi kimia di reaktor. ΔH = ΔH – ΔH

  R298 K f produk f reaktan o

  dengan : = Panas pembentukan suatu senyawa pada 25

  C. kJ/kmol.Untuk ΔH f

  o

  kondisi temperatur reaksi bukan pada 25

  C. panas reaksi dihitung dengan menggunakan rumus :

• R298.15K

  n CpdT  n CpdT

  ΔH R = ΔH

     

  tan produk reak

  LB.1. Reaktor (R-101)

  Fungsi : Sebagaitempat terjadinya reaksi dehidrasiMetanolsehinggamenghasilkanDimetilEter yang akandimurnikanpada proses berikutnya. _{(F3) (F4)}

CH OH

  _{3 (F3)}

CH OH

  _{3 (F4)}

  Reaktor

  H O ₂ H O _{2 (F4)} CH OCH _{3 3} Kondisi operasi : 250 C = 523 K

  Tekanan : 12 atm = 12.1596 Bar Dari reaksi :

  2 CH OH --------> CH OCH + H O

  3 (l) 3 3(g) 2 (g)

  Menentukan entalpy pembentukan produk dalam reaktor

• – 101 = laju alir x

  ΔH (CH3OH) ∆Hf (CH3OH) = 39,25978535 x (-201,16672) = -7897,762247 kj/jam

  Tabel panas pembentukan produk reaktor - 101 Laju Alir

  ∆Hv ∆H produk Komponen (kmol) (Kj/Kmol) (Kj/jam) CH OH 39,25978535 -201,16672 -7897,762247

  3 CH OCH 176,6690341 -184,05416 -32516,67067

  3

  3 H O 180,1763293 -238,82272 -43030,20103

  2 Total 396,1051487 -83444,63395

  Menentukan entalpy pembentukan reaktan dalam reaktor

• – 101 = laju alir x

  ΔH (CH3OH) ∆Hv (CH3OH) = 392,5978535 x (-201,16672) = -78977,62247 kj/jam

  Q = n x Cpdt

  (CH3OH)(masuk) (CH3OH)

  = 392,5978535 x 29,0205512 = 11393,40611 kj/jam

  Panas pembentukan Reaktan Laju Alir Panas masuk

  ∆Hv ∆H produk Komponen (kmol) (Kj/Kmol) (Kj/jam) reaktor (Q )

  (masuk)

  CH OH 392,5978535 -201,16672 -78977,62247 11393,40611

3 H O 3,507295174 -238,82272 -837,6217733 28,68482256

  2

  total 396,1051487 -79815,24425 11422,09093

  o o o   

      _{r f f} nd  H  v  H  v  H (Eq.9.3-1,Felder&Rousseau2 edition) _{i i product reak}  

  tan

    i   i

   o

   H  - r 83444,6339 5 - (- 79815,2442 5) = -3629.389702 Kj/jam

  o    nd

  = r + ( n H i n H i (Eq.9.52,Felder&Rousseau2 aedition)  H  )

  ΔH

  i i   tan produk reak

  = -3629.389702 Kj + ( )

• 83444,6339 5 -

  (- 79815,2442 5) = -7258,779403 Kj

  Menentukan panas produk dan sisa dari reaktor

• – 101 = laju alir x Cpdt ΔH (CH3OH) (CH3OH)

  = 392,5978535 x 29,0206 = 11393,40611 kj/jam

  Panas Produk dan Sisa keluar dari reaktor Laju Alir

  Komponen (kmol) Cpdt Q

  (sisa)

  CH OH 392,5978535 29,0206 11393,40611

  3 CH OCH 176,6690341 19,7832 3495,073709

  3

  3 H O 180,1763293 8,178617 1473,593119

  2 Total 749,4432169 16362,07294

  Reaksi yang berlangsung merupakan reaksi eksoterm, sehingga memerlukan sistem air pendingin untuk menjaga temperatur yang konstan. Air pendingin yang digunakan,

  

o o o

T = 30 C = 303 K. Cp = 4,184 kJ/kg K. in o o

  T = 70 C = 343 K.

  out

  Jumlah air yang dibutuhkan (m)

  Q w

  m =

  Cp  T .

  m = 13,85515 Kg Panas air pendingin masuk Reaktor Q

  w in

  Q = m x Cp x

  w in ΔT

  = 13,85515 kg x 4,184 kJ/kg .K x (303

• – 298)K = 289,8496747 Kj

Panas air pendingin keluar Reaktor , Q

  w out

  Q = m x Cp x

  w out ΔT

  = 13,85515 kg x 4,184 kJ/kg .K x (333

• – 298)K = 2608,647072 Kj Neraca panas total reaktor (R-101)

  Masuk Alur 3 (Kj/Jam) Keluar Alur 4 (Kj/jam) Q 11422.09093 Q 16362.07294

  (masuk) (sisa)

  Q 7258.779403 Q 2608.647072

  (reaksi) (w)(keluar)

  Q 289.8496747

  (w)(masuk)

  Total 18970.72001 18970.72001

  LB.2. Cooler 1 (C-101)

  Fungsi : Untuk Menurunkan temperatur produk dimetil eter dari dalam reaktor Digunakan media pendingin Amonia T masuk = 523 K T keluar = 423 K Menentukan fraksi mol dari cooler

• – 101 X = Laju alir CH OH / Laju alir total

  (CH3OH)

  3

  = 39,25978535 / 396,1051487 = 0,099115

  Menentukan Cp metanol = X x Cpdt

  (CH3OH)

  = 0,099115 x 29,0205512 = 2,876359004

  Tabel hasil perhitungan cooler - 101

  Komponen Laju Alir Fraksi Cpdt

  X.Cpdt (kmol) Mol (X)

CH OH 39,25978535 0,099115 29,0205512 2,876359004

  3 CH OCH 176,6690341 0,446015 19,78317099 8,823600806

  3

  3 H O 180,1763293 0,45487 8,17861661 3,72020693

  2 Total 396,1051487 1,0000 56,98233879 15,42016674 Cp = 15,42016674 Kj/Kmol.K

  Campuran

  T = 248 K

  amonia masuk

  T = 323 K

  amonia keluar

  Cp = 36,3989 kJ/kmol.K

  Ammonia

  Massa Ammonia yang dibutuhkan dicari dengan mentrial n Ammonia, dengan patokan Q = Q

  fluida panas fluida dingin

  = Hot fluid

  Q h Q   H  n Cp T  T

  . .( )

  2

  1 h

  Q = 396.1051487 x 15,42016674 x (523-423)K

  h

  = 610800.7439 Kj = Cold fluid

  Q c Q   H  n Cp T  T

  . .( )

  2

  1 c

  Qc = 223,7435094 x 36,3989 x (323

• – 248) = 610800,7439 Kj Neraca Panas total Cooler 1 (C
• – 101)

  Q Q masuk keluar

  Qh 610800.7439 Qc 610800.7439 LB.3. Cooler 2 (C – 102)

  Fungsi : Untuk Menurunkan temperatur produk dari reaktor T = 423 K

  masuk

  T = 323 K

  keluar

  Menentukan fraksi mol dari cooler

• – 102 X = Laju alir CH OH / Laju alir total

  (CH3OH)

  3

  = 39,25978535 / 396,1051487 = 0,099115 Menentukan Cp metanol = X x Cpdt

  (CH3OH)

  = 0,099115 x 20,42816344 = 2,024728

  Tabel hasil perhitungan cooler - 102

  komponen Laju Alir Fraksi mol Cpdt

  X.Cp (kmol) (X)

CH OH 39,25978535 0,09911455 20,42816344 2,024728

  3 CH OCH 176,6690341 0,4460155 18,01884642 8,036685

  3

  3 H O 180,1763293 0,45486995 8,066680836 3,669291

  2 Total 396,1051487 1,00000 46,51369069 13,7307

  Cp = 13.73070374 Kj/Kmol.K

  Campuran

  T = 248 K

  amonia masuk

  T = 323 K

  amonia keluar

  Cp = 36,3989 kJ/kmol.K

  Ammonia

  Massa Ammonia yang dibutuhkan dicari dengan mentrial n Ammonia, dengan patokan Q = Q

  fluida panas fluida dingin

  = Hot fluid

  Q h Q   H  n Cp T  T

  . .( )

  2

  1 h

  Qh = 396,1051487 x 13,73070374 x (423-323) = 543880,2447 Kj

  = Cold fluid

  Q c Q   H  n Cp T  T

  . .( )

  2

  1 c

  Qc = 396,1051487 x 36,3989 x (398

• – 323) = 610800,7439 Kj Neraca Panas total Cooler 2 (C
• – 102)

  Q Q masuk keluar

  Qh 543880,2447 Qc 543880,2447

  LB.4. Menara Destilasi 1 (MD – 101)

  Fungsi : untuk memisahkan Campuran Metanol Air produk bawah dengan Dimetil eter sebagai produk atas.

  Kondisi Operasi Umpan masuk menara destilasi T = 323 K

  masuk

  Tekanan = 1,0133 Bar T = 298 K

  reffrensi

  Menentukan panas umpan masuk menara destilasi

• – 101 Q = n x Cpdt

  (CH3OH) (CH3OH) (CH3OH)

  = 39,25978535 x 11,91278 = 467,6932233 kj/jam

  Tabel hasil perhitungan Panas umpan masuk

  Komponen Laju Alir Cpdt Q masuk

  (kmol) CH OH 39,25978535 11,91278 467,6932233

  3 CH OCH 176,6690341 16,32466 2884,061345

  3

  3 H O 180,1763293 7,998193 1441,085109

  2 Total 396,1051487 4792,839677

  Menentukan panas destilat keluar menara destilasi

• – 101 Q = n x Cpdt

  (CH3OH) (CH3OH) (CH3OH)

  = 39,20089568 x 11,91278 = 466,9916834 kj/jam

  Tabel hasil perhitungan panas yang keluar berupa destilat

  Komponen Laju Alir Cpdt Q keluar

  (kmol) CH OH 39,20089568 11,91278 466,9916834

  3 CH OCH 176,4040305 16,32466 2879,735253

  3

  3 H O 0,270264494 7,998193 2,161627664

  2 Total 215,8751907 3348,888564 Menentukan panas bottom produk menara destilasi

• – 101 Q = n x Cpdt

  (CH3OH) (CH3OH) (CH3OH)

  = 0,058889678 x 11,91278 = 0,701539835 kj/jam

  Tabel hasil perhitungan panasbottom produk

  Komponen Laju Alir Cpdt Q bottom

  (kmol) CH OH 0,058889678 11,91278 0,701539835

  3 CH OCH 0,265003551 16,32466 4,326092018

  3

  3 H O 179,9060648 7,998193 1438,923481

  2 Total 180,229958 1443,951113

  Tabel neraca panas total pada menara destilasi

  Q Q masuk keluar

  Q (Alur 5) 4792,839677 Q (Alur 6) 3348,888564 feed top

  Q (Alur 9) 1443,951113 bottom

  Total 4792,839677 4792,839677 LB.5. Kondensor (CD – 101)

  Fungsi : Mengkondensasikan produk dari menara destilasi Kondisi Operasi Pada Kondensor T = 323 K

  masuk

  T = 298 K

  reffrensi

  Menentukan panas umpan masuk kondensor

• – 101 Q = n x Cpdt

  feed (CH3OH) (CH3OH) (CH3OH)

  = 56,05728082 x 11,912781 = 667,7981073 kj/jam Tabel hasil perhitungan panas umpan masuk kondensor - 101

  Komponen Laju Alir Cpdt Q (feed)

  (kmol) CH OH 56,05728082 11,912781 667,7981073

  3 CH OCH 252,2577637 16,3246568 4118,021412

  3

  3 H O 0,386478226 7,9981933 3,091127559

  2 Total 308,7015227 4788,910647

  Menentukan panas penguapan kondensor

• – 101 Q = n x H

  uap (CH3OH) (CH3OH) uap(CH3OH)

  = 56,05728082 x 1085000 = 60822149,69 kj/jam

  Tabel hasil perhitungan panas penguapan dalan kondensor - 101

  Komponen Laju Alir Hv Q (laten)

  (kmol) CH OH 56,05728082 1085000 60822149,69

  3 CH OCH 252,2577637 111640 28162056,74

  3

  3 H O 0,386478226 40656 15712,65877

  2 Total 308,7015227 88999919,08

  Panas aliran masuk Kondensor =88999919,08 + 4788,910647 = 89004707,99 kJ

  Menentukan panas refluks keluar kondensor

• – 101 Q = n x Cpdt

  refluks (CH3OH) (CH3OH) (CH3OH)

  = 16,85638514x 11,912781 = 200,8064239 kj/jam

  Tabel hasil perhitungan panas refluks Keluar kondensor - 101

  Komponen Laju Alir Cpdt Q (Refluks)

  (kmol) CH OH 16,85638514 11,912781 200,8064239

  3 CH OCH 75,85373313 16,3246568 1238,286159

  3

  3 H O 0,116213732 7,9981933 0,929499895

  2 Total 92,826332 1440,022083 Menentukan panas destilat keluar kondensor

• – 101 Q = n x Cpdt

  destilat (CH3OH) (CH3OH) (CH3OH)

  = 39,20089568x 11,912781 = 466,9916834 kj/jam

  Tabel hasil perhitungan panas destilat keluar kondensor - 101

  Komponen Laju Alir Cpdt Q (destilat)

  (kmol) CH OH 39,20089568 11,912781 466,9916834

  3 CH OCH 176,4040305 16,3246568 2879,735253

  3

  3 H O 0,270264494 7,9981933 2,161627664

  2 Total 215,8751907 3348,888564

  Beban Panas kondensor Q = (Q + Q ) + Q )

  CD umpan Laten – (Q destilat refluks

  = 88999919,08kj/jam Air pendingin yang digunakan,

  o o

  T in = 30 C = 303 K

  o o

  T out = 40 C = 313 K

  o

  Cp = 4,184 J/kg K

  Qcd

  

  m Cp .  T

  88999919,0 8 kJ m = 4 - , 184 x (313 303)

  = 2127149,12kg Panas air pendingin masuk CD

• – 101, Q w in Q = m x Cp x

  w in ΔT

  = 2127149,12kg x 4,184 kJ/kg .K x (313

• – 298)K = 44499959,5 kj/jam

  Panas air pendingin keluar CD

• – 101, Q w out Q = m x Cp x

  w out ΔT

  = 2127149,12kg x 4,184 kJ/kg .K x (313

• – 298)K

  = 133499878,6 kj/jam Tabel neraca panas totalkondensor (CD

• – 101)

  Q Q keluar masuk

  Q 89004707,99 Q 1440,022083 feed refluks

  Q 44499959,54 Q 3348,888564 w in destilat

  Q 133499878,6

w out