Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Dimetil Eter Dari Metanol Dengan Kapasitas 250.000 Ton/Tahun

  

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

  Kapasitas Produk : 250.000 ton/tahun Satuan Operasi : kg/jam Waktu kerja pertahun : 330 hari Kapasitas produksi perjam :

  ton 1 tahun 1 hari 1000 kg 250 . 000 × × × = 31.565,6566 kg/jam tahun 330 hari

24 jam

1 ton

  Kemurnian bahan baku : 99,85 % ( PT. Kaltim Methanol Industri ) Kemurnian produk : 99,85 %

  Tabel LA.1. Komposisi Metanol No Nama Dagang Rumus Kimia Kadar

  1 Metanol CH OH 99,85 %

  3

  2 Air H O 0,15%

  2 Total 100 %

  Perhitungan neraca massa dilakukan dengan alur maju dimana perhitungan dimulai dari alur bahan baku sampai ke alur produk. Untuk mendapatkan jumlah bahan baku yang masuk pada kapasitas produksi sebanyak 31.565,6566 kg/jam, maka terlebih dahulu digunakan basis bahan baku yang masuk sebanyak 1000 kg/jam. Untuk basis bahan baku 1000 kg/jam dihasilkan dimetil eter sebanyak 580,4420 kg/jam, maka untuk kapasitas produksi 250.000 ton/tahun diperoleh kapasitas bahan baku sebanyak 54.382,1029 kg/jam. Dengan rumus perbandingan:

  Basis bahan baku (1000 kg/jam) Kapasitas produk (580,4420 kg/jam) 

  Bahan baku (X) Kapasitas produk (31.565,65 66 kg/jam)

  31.565,656 6 kg/jam

  Bahan baku : 1000 kg/jam = 54.382,1029 kg/jam

  × 580,4420 kg/jam Berikut ini adalah perhitungan neraca massa pada setiap peralatan proses.

  

FH-01

2 Neraca massa komponen :

1 Metanol = 0,9985 × 54.382,1029 kg/jam

2 Air = 0,0015 × 54.382,1029 kg/jam

  2 Air = 4,5319 kmol/jam

  LA.2. Reaktor (R-01) F ¹ CH ₃ OH (l) 99,85% F ² CH ₃ OH (g) 99,85%

  81,5732 81,5732 Total 54.382,1029 54.382,1029

  2 O

  54.300,5297 54.300,5297 H

  CH

  Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 1 Alur 2

  Tabel LA.2. Neraca Massa pada Fired Heater (FH - 01) Komponen

  2 Air = 81,5732 kg/jam

  F

  = 81,5732 kg/jam N

  1

  b. F

  2 Metanol = 54.300,5297 kg/jam

  F

  1 Metanol = 1696,8916 kmol/jam

  = 54.300,5297 kg/jam N

  a. F

  1 = F

  Neraca massa total : F

  C Gambar LA.1. Diagram alir fired heater (FH-01)

  o

  Fungsi : Untuk merubah fasa metanol dari fasa cair menjadi fasa gas serta meningkatkan temperatur sampai 250

  2 LA.1. Fired Heater (FH-01)

3 OH

  Fungsi : Sebagai tempat terjadinya reaksi dehidrasi metanol sehingga menghasilkan dimetil eter yang akan dimurnikan pada proses berikutnya.

  3 ₃ F  CH OCH _{3 3}

   H O _{2 o}  CH OH ₃ T = 250 C P = 12 atm ₂ R-01 F

CH OH

  ₃

   2 99,85%

  Gambar LA.2. Diagram alir reaktor (R-01) Reaksi : 2CH

  3 OH (l) CH

  3 OCH 3(g) + H

  2 O (g)

  Konversi : 90% terhadap Metanol

  2

3 Neraca massa total : F = F

  Nearca massa komponen :

  a. Metanol BM Metanol = 32 kg/kmol

  2

1 F Metanol = 0,9985 × F

  = 0,9985 × 54.382,1029 kg/jam = 54.300,5297 kg/jam

  2 F Metanol

  2 N Metanol = BM Metanol 54.300,529

  7 kg/jam

  =

  32 kg/kmol

  = 1696,8916 kmol/jam Metanol bereaksi = 90 % × 1696,8916 kmol/jam

  = 1527,2024 kmol/jam

  3 N Metanol = 1696,8916 kmol/jam - 1527,2024 kmol/jam

  = 169,6892 kmol/jam

3 F Metanol = 5430,0530 kg/jam

  b. Dimetil Eter BM Dimetil eter = 46 kg/mol

  2

• X.N Metanol

  r =

   

• 0,9 1696,8916 kmol/jam 

  =

  2 -

  = 763,6012 kmol/jam

3 N Dimetil Eter = 0 + r

  = 763,6012 kmol/jam

3 F Dimetil Eter = 35.125,6552 kg/jam

  c. Air

  2 F Air = 81,5732 kg/jam

  2 N Air = 4,5318 kmol/jam

  Air terbentuk = 0 + r = 763,6012 kmol/jam = 13.744,8216 kg/jam

  3 N Air = Air masuk + Air yang terbentuk

  = 4,5318 kmol/jam + 763,6012 kmol/jam = 768,1330 kmol/jam

3 F Air = 13.826,3947 kg/jam

  Tabel LA.3. Neraca Massa pada Reaktor (R-01) Masuk Keluar

  Komponen Alur 2 (kg/jam) Alur 3 (kg/jam)

  CH OH 54.300,5297 5430,0530

3 H O 81,5732 13.826,3947

  2

• CH OCH 35.125,6552

  3

3 Total 54.382,1029 54.382,1029

  LA.3. Condensor (CD-01)

• – 01) menjadi fasa cairan jenuh pada suhu bubble pointnya.

  4

  CD-01

  Fungsi : Untuk merubah fasa produk reaktor (R

  Gambar LA.3. Diagram alir condensor (CD-01) Neraca Massa Total untuk Condensor

• – 01

  F

  3 = F

  3

   H ₂ O  CH ₃ OH

  F ⁴  CH ₃ OCH ₃

   H ² O  CH ₃ OH

  F ³  CH ₃ OCH ₃

4 Neraca massa komponen :

  F

  4 Dimetil eter = 35.125,6552 kg/jam

  a. Dimetil eter : N

  3 Dimetil eter = 763,6012 kmol/jam

  F

  3 Dimetil eter = 35.125,6552 kg/jam

  N

  Tabel LA.4. Neraca Massa Condensor (CD

  4 Air = 13.826,3947 kg/jam

  F

  4 Air = 768,1330 kmol/jam

  N

  3 Air = 13.826,3947 kg/jam

  F

  3 Air = 768,1330 kmol/jam

  c. Air : N

  4 Metanol = 5430,0530 kg/jam

  F

  4 Metanol = 169,6892 kmol/jam

  4 Dimetil eter = 763,6012 kmol/jam

  3 Metanol = 5430,0530 kg/jam

  F

  3 Metanol = 169,6892 kmol/jam

  b. Metanol : N

  N

• – 01)

• H
2CH 3CH ₃ OCH ₃ KD-01<
• – 01) Neraca Massa Total untuk KD
• – 01
• – 01) Komponen F (kg/jam) N (kmol/jam) Fraksi mol (x

  F

  

10

  

5

  35.125,6552 763,6012 0,4488 Total 54.382,1029 1701,4234 1.0000 Yang diinginkan adalah 99,85% Dimetil Eter keluar dari atas kolom destilasi.

  3

  3 OCH

  CH

  2 O 13.826,3947 768,1330 0,4515

  H

  3 OH 5430,0530 169,6892 0,0997

  ) CH

  i

  10 Tabel LA.5. Komposisi Bahan Masuk Kolom Destilasi (KD

  5 + F

  4 = F

  Gambar LA.4. Diagram alir kolom destilasi (KD

  F ⁵  CH ₃ OCH ₃

  Fungsi : Untuk memisahkan campuran metanol dan air pada produk bawah dengan dimetil eter sebagai produk atas.

  LA.4. Kolom Destilasi (KD – 01)

  35.125,6552 35.125,6552 Total 54.382,1029 54.382,1029

  3

  3 OCH

  CH

  2 O 13.826,3947 13.826,3947

  H

  3 OH 5430,0530 5430,0530

  Alur 3 (kg/jam) Alur 4 (kg/jam) CH

  Komponen Masuk Keluar

   CH ₃ OH F ¹⁰

   CH ₃ OCH ₃  H ₂ O

   H ² O  CH ₃ OH F ⁴

  4 enriching section stripping section

  (R.K.Sinnott) Metode Hengtebeck’s

  Light key (LK) : Dimetil Eter Heavy key (HK) : Metanol

  Distribusi LK dan HK adalah 99,85% = 0,9985 Diinginkan 99,85 % Dimetil Eter keluar dari atas KD

• – 01 LK = [x.Dimetil Eter]

  d

  5 N Dimetil Eter = 763,6012 kmol/jam × 99,85 %

  = 762,4558 kmol/jam

  5 F Dimetil Eter = 35.072,9667 kg/jam

  [x.Dimetil Eter]

  b

  10 N Dimetil Eter = 763,6012 kmol/jam × 0,15 %

  = 1,1454 kmol/jam

  10 F Dimetil Eter = 52,6885 kg/jam  762,4558 kmol / jam 

  Log (X /X ) = log

  d b   1,1454 kmol / jam  

  = 2,8233 Diinginkan 99,5 % Metanol keluar dari bottom KD

• – 01 LK = [x.Metanol]

  d

  5 N Metanol = 169,6892 kmol/jam × 0,15 %

  = 0,2545 kmol/jam

  5 F Metanol = 8,1451 kg/jam

  HK = [x.Metanol]

  b

  10 N Metanol = 169,6892 kmol/jam × 99,85 %

  = 169,4346 kmol/jam

  10 F Metanol = 5.421,9079 kg/jam  0,2545 kmol / jam 

  Log (X /X ) = log

  d b   169,4346 kmol / jam  

  = -2,8233 Diinginkan 99,85 % Air keluar dari bottom KD

• – 01 LK = [x.Air]

  d

  5 N Air = 768,1330 kmol/jam × 0,15 %

  = 1,1522 kmol/jam

  5 F Air = 20,7396 kg/jam

  HK = [x.Air]

  b

  10 N Air = 768,1330 kmol/jam × 99,85 %

  = 766,9808 kmol/jam

  10 F Air = 13805,6552 kg/jam

  Tabel LA. 6. Neraca Massa Kolom Destilasi (KD

• – 01) (kg/jam)

  Output Input (kg/jam)

  Komponen

  Top Bottom

  Alur 4 Alur 5 Alur 10 CH OCH 5430,0530 35.072,9667 52,6885

  3

  3 CH OH 13.826,3947 8,1451 5421,9079

  3 H O 35.125,6552 20,7396 13.805,6552

  2

  35.101,8514 19.280,2515 Total 54.382,1029

  54.382,1029

  LA.5. Condensor (CD-02)

  Fungsi : Untuk merubah fasa produk atas destilasi KD - 01 menjadi fasa cair ₅ CD-02 ₆ F F

   CH OCH _{3 3 (l)}  CH OCH _{3 3 (g)} O  H ^{2 (l)}  H O _{2 (g)}

  5

  6  CH OH OH ^{3 (l)}

   CH ^{3 (g)}

  Gambar LA.5. Diagram alir condenser (CD-02) Neraca Massa Total untuk CD

• – 01

  F = F

  5

  6 Neraca massa komponen :

  a. Dimetil eter :

  5 N Dimetil eter = 762,4558 kmol/jam

  35.072,9667 35.072,9667 Total 35.101,8514 35.101,8514

  F

  3

  3 OCH

  CH

  2 O 20,7396 20,7396

  H

  3 OH 8,1451 8,1451

  CH

  Tabel LA. 6. Neraca Massa Condenser (CD

  6 Air = 20,7396 kg/jam

  F

  6 Air = 1,1522 kmol/jam

  N

  5 Air = 20,7396 kg/jam

  5 Air = 1,1522 kmol/jam

  F

  c. Air : N

  6 Metanol = 8,1451 kg/jam

  F

  6 Metanol = 0,2545 kmol/jam

  N

  5 Metanol = 8,1451 kg/jam

  F

  5 Metanol = 0,2545 kmol/jam

  b. Metanol : N

  6 Dimetil eter = 35.072,9667 kg/jam

  F

  6 Dimetil eter = 762,4558 kmol/jam

  N

  5 Dimetil eter = 35.072,9667 kg/jam

• – 02) Komponen Masuk Keluar Alur 5 (kg/jam) Alur 6 (kg/jam)

  LA.6. Splitter (SP-01)

  Fungsi : Untuk membagi aliran destilat yang berasal dari CD - 02 menjadi aliran refluks dan aliran destilat produk ₇ F

   CH OCH _{3 3} O  H ²

   CH OH _{3 9}

  

7

₈ F F OCH  CH ^{3 3 OCH}

   CH _{3 3}

  9

  8 O  H _{2  H O 2}

   CH OH

_{3  CH OH}

₃ SP-01

  Gambar LA.6. Diagram alir splitter (SP-01) Refluks Rasio = 0,1008 (Dimian dan Bildea, 2008):

  7

  8

9 Neraca massa total : F = F + F

  Neraca massa komponen :

  a. Dimetil eter :

  7 N Dimetil eter = 762,4558 kmol/jam

  7 F Dimetil eter = 35.072,9667 kg/jam

  9 N Dimetil eter = 0,1008 × 762,4558 kmol/jam

  = 76,8174 kmol/jam

  9 F Dimetil eter = 3.533,6014 kg/jam

  8 N Dimetil eter = 762,4558 kmol/jam - 76,8174 kmol/jam

  = 685,6384 kmol/jam

8 F Dimetil eter = 31.539,3653 kg/jam

  b. Metanol :

  7 N Metanol = 0,2545 kmol/jam

  7 F Metanol = 8,1451 kg/jam

  9 N Metanol = 0,1008 × 0,2545 kmol/jam

  = 0,0256 kmol/jam

  9 F Metanol = 0,8206 kg/jam

  8 N Metanol = 0,2545 kmol/jam - 0,0256 kmol/jam

  = 0,2289 kmol/jam

8 F Metanol = 7,3245 kg/jam

  c. Air :

  7 N Air = 1,1522 kmol/jam

  7 F Air = 20,7396 kg/jam

  9 N Air = 0,1008 × 1,1522 kmol/jam

  = 0,1161 kmol/jam

  9 F Air = 2,0895 kg/jam

  8 N Air = 1,1522 kmol/jam - 0,1161 kmol/jam

  = 1,0361 kmol/jam

8 F Air = 18,6501 kg/jam

  Tabel LA.8. Neraca Massa Total Splitter (SP

• – 01)

  Output (kg/jam)

  (kg/jam)

  Input

  Komponen Refluks Destilat Alur 7 Alur 9 Alur 8

  CH OCH 35.072,9667 3.533,6014 31.539,3653

  3

  3 CH OH 8,1451 0,8206 7,3245

  3 H O 20,7396 2,0895 18,6501

  2

  3.536,5115 31.565,3398 Total 35.101,8514

  35.101,8514

  LA.7. Reboiler (RB-01)

  Fungsi : Untuk menguapkan sebagian campuran produk bottom KD-01 ₁₁ F (V*)

  11  CH OCH _{3 3}

   H O ₂  CH OH _{3 10} RB-101 ₁₂ F

   (L*) F (B*) OCH

   CH ^{3 3}  H O ₂

   H O ₂ OH  CH ³

  10  CH OH ₃

   CH OCH

  12 ^{3 3} Gambar LA.7. Diagram alir reboiler (RB-01)

  Keterangan : V* : Aliran Vapor (Refluks) RB-01 L* : Aliran Feed RB-01 B* : Aliran Bottom Produk RB-01 Kondisi Uap kondenser : P = 8,0 atm = 810,6 kPa

  o o

  T = 159 C = 432 K

  jumlah mol cair 169 , 6892 768 , 1330 

  

  q = = = 0,5512

  jumlah mol total 1701 , 4234 

  Sehingga : B* = 1109,5345 kmol/jam V* = V - ( 1- q ) x F (Geankoplis, 1997)

  = 763,8625 + ( 1

• – 0,5512 ) × 1701,4234 kmol/jam = 0,2613 kmol/jam

  Neraca Total : L* = B* + V*

  = 1109,5345 kmol/jam - 0,2613 kmol/jam = 1109,7958 kmol/jam

  Perhitungan :

  a. Dimetil eter

10 N Dimetil eter = 0,0012 × 1109,7958 kmol/jam

  = 1,3558 kmol/jam

10 F Dimetil eter = 62,3676 kg/jam

11 N Dimetil eter = 0,0012 × 0,2613 kmol/jam

  = 0,2613 kmol/jam

  11 F Dimetil eter = 0,0147 kg/jam

  12 N Dimetil eter = 0,0012 × 1109,5345 kmol/jam

  = 1,3555 kmol/jam

12 F Dimetil eter = 62,3530 kg/jam

  b. Metanol

10 N Metanol = 0,1807 × 1109,7958 kmol/jam

  = 200,5607 kmol/jam

  10 F Metanol = 6417,9415 kg/jam

  11 N Metanol = 0,1807 × 0,2613 kmol/jam

  = 0,0472 kmol/jam

  11 F Metanol = 1,5113 kg/jam

  12 N Metanol = 0,1807 × 1109,5345 kmol/jam

  = 200,5134 kmol/jam

12 F Metanol = 6416,4302 kg/jam

  c. Air

10 N Air = 0,8181 × 1109,7958 kmol/jam

  = 907,8793 kmol/jam

  10 F Air = 16.341,8281 kg/jam

  11 N Air = 0,8181 × 0,2613 kmol/jam

  = 0,2138 kmol/jam

  11 F Air = 3,8481 kg/jam

  12 N Air = 0,8181 × 937,2995 kmol/jam

  = 907,6656 kmol/jam

12 F Air = 16337,9800 kg/jam

  Tabel LA.9. Neraca Massa Total Reboiler (RB-01)

   CH ₃ OH F ¹³  CH ₃ OCH ₃

  22.822,1373

   H ² O  CH ₃ OH

  12

  13

  

H-01

  F 12 = F

  Gambar LA.8. Diagram alir heater (H-01) Neraca Massa Total untuk H

  Fungsi : Untuk meningkatkan temperatur dari produk reboiler (RB-01) pada suhu bubble pointnya.

  LA.8. Heater (H-01)

  Total 22.822,1373 5,3741 22.816,7632

   CH ₃ OCH ₃  H ₂ O

  2 O 16.341,8281 3,8481 16.337,9800

  H

  3 OH 6.417,9415 1,5113 6.416,4302

  62,3676 0,0147 62,3530 CH

  3

  3 OCH

  Alur 10 Alur 11 Alur 12 CH

  Output (kg/jam) Refluks Bottom

  Komponen Input (kg/jam)

• – 01

13 Neraca massa komponen :

  F

  13 Dimetil eter = 62,3530 kg/jam

  b. Metanol : N

  12 Metanol = 200,5134 kmol/jam

  F

  12 Metanol = 6.416,4302 kg/jam F ¹²

  13 Dimetil eter = 1,3555 kmol/jam

  N

  12 Dimetil eter = 62,3530 kg/jam

  F

  12 Dimetil eter = 1,3555 kmol/jam

  a. Dimetil eter : N

  13 N Metanol = 200,5134 kmol/jam

  13 F Metanol = 6.416,4302 kg/jam

  c. Air :

  12 N Air = 907,6656 kmol/jam

  12 F Air = 16.337,9800 kg/jam

  13 N Air = 907,6656 kmol/jam

  13 F Air = 16.337,9800 kg/jam

  Tabel LA.10. Neraca Massa Heater (H

• – 01) Masuk Keluar Komponen Alur 12 (kg/jam) Alur 13 (kg/jam)

  CH OH 6.416,4302 6.416,4302

  3 H O 16.337,9800 16.337,9800

  2 CH OCH 62,3530 62,3530

  3

  3 Total 22.816,7632 22.816,7632 LA.9. Kolom Destilasi (KD – 02) Fungsi : untuk memisahkan campuran metanol dengan air. ₁₄ F

   H O ₂

  14  CH OH ₃

   CH OCH _{3 3 13} enriching F section

   H O ₂

13 KD-01

  OH  CH ₃

   CH OCH _{3 3} stripping section ₁₉ F

   H O ₂  CH OH ₃ OCH

   CH

  19 ^{3 3} Gambar LA.9. Diagram alir kolom destilasi (KD

• – 02) Neraca Massa Total untuk KD
• – 02

Umpan (F )

  F 13 = 14 + F

  19 Tabel LA.11. Komposisi Umpan Masuk Kolom Destilasi (KD

• – 02) Komponen x N (kmol/jam) F (kg/jam)

  i

  CH OCH 0.0012 1,3555 62,3530

  3

  3 CH OH 0.1807 200,5134 6.416,4302

  3 H O 0.8181 907,6656 16.337,9800

  2 Total 1.0000 1.109,5345 22.816,7632 Yang diinginkan adalah 99,85% Dimetil Eter keluar dari atas kolom destilasi.

  (R.K.Sinnott) Metode Hengstebeck’s

  Light key (LK) : Metanol

  (HK) : Air

  Heavy key

  Distribusi LK dan HK adalah 99,85% = 0,9985 Diinginkan 99,85 % Metanol keluar dari atas KD - 02 LK = [x.Metanol]

  d

  14 N Metanol = 200,5134 kmol/jam × 99,85 %

  = 200,2127 kmol/jam

  14 F Metanol = 6.406,8056 kg/jam

  [x.Metanol]

  b

  19 N Metanol = 200,5134 kmol/jam × 0,15 %

  = 0,3008 kmol/jam

  19 F Metanol = 9,6246 kg/jam 200,2127 /  kmol jam 

  Log (X /X ) = log

  d b   0,3008 / kmol jam

   

  = 2,8233 Diinginkan 99,85 % Air keluar dari bawah KD - 02 HK = [x.Air]

  b

  14 N Air = 907,6656 kmol/jam × 99,85 %

  = 906,3041 kmol/jam

  14 F Air = 16.313,4731 kg/jam N

  LK = [x.Air]

  = 1,3535 kmol/jam F

  Tabel LA. 12. Data Neraca Massa Total Kolom Destilasi (KD

  = 0,3008 kmol/jam F

  N

  b

  [x. Dimetil eter]

  14 Metanol = 1,3555 kmol/jam × 99,85 %

  d

  = 24,5070 kg/jam Diinginkan 99,85 % Dimetil eter keluar dari atas KD - 02 LK = [x. Dimetil eter]

  19

  = 1,3615 kmol/jam F

  19 Air = 907,6656 kmol/jam × 0,15 %

  N

  d

14 Dimetil eter = 62,2594 kg/jam

19 Dimetil eter = 1,3555 kmol/jam × 0,15 %

19 Dimetil eter = 0,0935 kg/jam

• – 02) Komponen

  (kg/jam)

  Top Bottom

  Alur 13 Alur 14 Alur 15 CH

  3 OCH

  3

  62,3530 62,2594 0,0935 CH

  3 OH 6.416,4302 6.406,8056 9,6246

  H

  2 O 16.337,9800 24,5070 1.6313,4731

  Total 22.816,7632 6.493,5720 1.6323,1912

  22.816,7632

  LA.10. Condensor (CD-03)

  Output

  Input

  (kg/jam)

  F ¹⁴  CH ₃ OCH ₃

  

CD-03

  Fungsi : Untuk merubah fasa produk atas destilasi KD - 02 menjadi fasa cair Gambar LA.10. Diagram alir condensor (CD-03)

  Neraca Massa Total untuk CD

• – 03

  F

  14

  = F

  15

  14

   H ₂ O  CH ₃ OH

  F ¹⁵  CH ₃ OCH ₃

   H ² O  CH ₃ OH

15 Neraca massa komponen :

  F

  N

  a. Dimetil eter : N

  14 Dimetil eter = 1,3535 kmol/jam

  F

  14 Dimetil eter = 62,2594 kg/jam

  N

  15 Dimetil eter = 1,3535 kmol/jam

  Tabel LA. 13. Neraca Massa Condensor (CD

  15 Air = 24,5070 kg/jam

  F

  15 Air = 1,3615 kmol/jam

  14 Air = 24,5070 kg/jam

  15 Dimetil eter = 62,2594 kg/jam

  F

  14 Air = 1,3615 kmol/jam

  c. Air : N

  15 Metanol = 6406,8056 kg/jam

  F

  15 Metanol = 200,2127 kmol/jam

  14 Metanol = 6406,8056 kg/jam

  F

  14 Metanol = 200,2127 kmol/jam

  b. Metanol : N

  N

• – 03)

   CH ₃ OH F ¹⁸  CH ₃ OCH ₃

  Refluks Rasio = 0,01 Neraca massa total : F

   H ² O  CH ₃ OH

  16

  17

  18 F ¹⁷  CH ₃ OCH ₃

  

SP-01

   H ₂ O  CH ³ OH

  17

  = F

  16

  Fungsi : Untuk membagi aliran destilat yang berasal dari CD - 03 menjadi aliran refluks dan aliran destilat Gambar LA.11. Diagram alir splitter (SP-02)

   CH ₃ OCH ₃  H ₂ O

  LA.11. Splitter (SP-02)

  62,2594 62,2594 Total 6.493,5720 6.493,5720

  3

  3 OCH

  CH

  2 O 24,5070 24,5070

  H

  3 OH 6.406,8056 6.406,8056

  Alur 14 (kg/jam) Alur 15 (kg/jam) CH

  Komponen Masuk Keluar

18 Neraca massa komponen :

• F

  N

  17 Dimetil eter = 1,3535 kmol/jam - 0,0135 kmol/jam

  = 1,3399 kmol/jam F

  17 Dimetil eter = 61,6368 kg/jam

F

¹⁶

  18 Dimetil eter = 0,6226 kg/jam

  = 0,0135 kmol/jam F

  18 Dimetil eter = 0,01 × 1,3535 kmol/jam

  N

  16 Dimetil eter = 62,2594 kg/jam

  F

  a. Dimetil eter : N

  16 Dimetil eter = 1,3535 kmol/jam b. Metanol :

  16 N Metanol = 200,2127 kmol/jam

  16 F Metanol = 6406,8056 kg/jam

  18 N Metanol = 0,01 × 200,2127 kmol/jam

  = 2,0021 kmol/jam

  18 F Metanol = 64,0681 kg/jam

  17 N Metanol = 200,2127 kmol/jam - 2,0021 kmol/jam

  = 198,2105 kmol/jam

17 F Metanol = 6342,7375 kg/jam

  c. Air :

  16 N Air = 1,3615 kmol/jam

  16 F Air = 24,5070 kg/jam

  18 N Air = 0,01 × 1,3615 kmol/jam

  = 0,0136 kmol/jam

  18 F Air = 0,2451 kg/jam

  17 N Air = 1,3615 kmol/jam - 0,0136 kmol/jam

  = 1,3479 kmol/jam

17 F Air = 24,2619 kg/jam

  Tabel LA.14. Neraca Massa Total Splitter (SP

• – 02) (kg/jam)

  Output

  (kg/jam)

  Input

  Komponen Refluks Destilat Alur 16 Alur 18 Alur 17

  CH OCH 62,2594 0,6226 61,6368

  3

  3 CH OH 6406,8056 64,0681 6342,7375

  3 H O 24,5070 0,2451 24,2619

  2

  64,9357 6428,6362 Total 6493,5720

  6493,5720

  LA.12. Reboiler (RB - 02)

  Fungsi : Untuk menguapkan sebagian campuran produk bottom KD - 02 ₂₀ F (V*)

  20 OCH  CH ^{3 3} O

   H ₂  CH OH _{3 19} RB-102 ₂₁ F (L*) F (B*) OCH

   CH OCH _{3 3} 19  CH _{3 3}

  21  H O  H O _{2 2} OH  CH OH

   CH ₃ ³ Gambar LA.12. Diagram alir reboiler (RB-02)

  Keterangan :

  19 L* [F ] : Aliran vapor RB-102

  20 V* [F : Aliran Refluks RB-102 ]

  21 B* [F : Aliran Bottom Produk RB-102 ]

  Kondisi Uap kondenser : P = 8,0 atm = 8,1062 kPa

  o o

  T = 177 C = 432 K

  jumlah mol cair 907 , 6656 

  q = = = 0,8181

  jumlah mol total 1109 , 5345 

  Sehingga : B* = 911,2722 kmol/jam V* = V - ( 1- q ) x F (Geankoplis, 1997)

  = 202,9276 + ( 1

• – 0,8181 ) × 1109,5345 kmol/jam = 1,0587 kmol/jam

  Neraca Total : L* = V* + B*

  = 1,0587 kmol/jam + 911,2722 kmol/jam = 910,2135 kmol/jam

  Perhitungan :

  a. Dimetil eter

  19 -6

  N Dimetil eter = (2,2060×10 ) × 910,2135 kmol/jam = 0,0020 kmol/jam

  19 F Dimetil eter = 0,0940 kg/jam 20 -6

  N Dimetil eter = (2,22×10 ) × 1,0587 kmol/jam

• -6

  = 2,3504 × 10 kmol/jam

  20 F Dimetil eter = 0,0001 kg/jam 21 -6

  N Dimetil eter = (2,2060×10 ) × 911,2722 kmol/jam = 0,0020 kmol/jam

21 F Dimetil eter = 0,0939 kg/jam

  b. Metanol

19 N Metanol = 0,0003 × 910,2135 kmol/jam

  = 0,3023 kmol/jam

  19 F Metanol = 9,6742 kg/jam

  20 N Metanol = 0.0003 × 1,0587 kmol/jam

  = 0,0004 kmol/jam

  20 F Metanol = 0,0112 kg/jam

  21 N Metanol = 0,0003 × 911,2722 kmol/jam

  = 0,3020 kmol/jam

21 F Metanol = 9,6629 kg/jam

  c. Air

19 N Air = 0,9997 × 910,2135 kmol/jam

  = 910,9678 kmol/jam

  19 F Air = 16,397,4202 kg/jam

  20 N Air = 0,9997 × 1,0587 kmol/jam

  = 1,0583 kmol/jam

  20 F Air = 19,0501 kg/jam

  21 N Air = 0,9997 × 911,2722 kmol/jam

  = 909,9094 kmol/jam

21 F Air = 16378,3701 kg/jam

   CH ₃ OH F ²²

  16.407,1884

   CH ³ OCH ₃  H ₂ O

   CH ₃ OH

  21

  

C-01

  22

  = F

  21

  Neraca Massa Total untuk C

  Fungsi : Untuk mendinginkan produk bawah reboiler (RB-02) Gambar LA.13. Diagram alir cooler (C-01)

  LA.13. Cooler (C-01)

  Total 16.407,1884 19,0615 16.388,1269

   CH ₃ OCH ₃  H ₂ O

  2 O 16.397,4202 19,0501 16378,3701

  H

  3 OH 9,6742 0,0112 9,6629

  0,0940 0,0001 0,0939 CH

  3

  3 OCH

  Alur 19 Alur 20 Alur 21 CH

  Refluks Bottom

  Input (kg/jam) Output (kg/jam)

  Tabel LA. 15. Neraca Massa Total Reboiler (RB - 02) Komponen

• – 01 F

22 Neraca massa komponen :

  22 Dimetil eter = 0,0939 kg/jam

  b. Metanol : N

  21 Metanol = 0,3020 kmol/jam

  F

  21 Metanol = 9,6629 kg/jam

  N

  22 Metanol = 0,3020 kmol/jam F ²¹

  F

  22 Dimetil eter = 0,0020 kmol/jam

  N

  21 Dimetil eter = 0,0939 kg/jam

  F

  a. Dimetil eter : N

  21 Dimetil eter = 0,0020 kmol/jam

22 Metanol = 9,6629 kg/jam

  CH

  0,0939 0,0939 Total 16.388,1269 16.388,1269

  3

  3 OCH

  CH

  2 O 16.378,3701 16.378,3701

  H

  3 OH 9,6629 9,6629

  Tabel LA. 16. Neraca Massa Cooler (C

  F

  22 Air = 16378,3701 kg/jam

  F

  22 Air = 909,9094 kmol/jam

  N

  21 Air = 16378,3701 kg/jam

  F

  21 Air = 909,9094 kmol/jam

  c. Air : N

• – 01) Komponen Masuk Keluar Alur 21 (kg/jam) Alur 22 (kg/jam)

  

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

  Kapasitas : 250.000 ton/tahun Operasi Pabrik : 330 hari/tahun Basis Perhitungan : 1 Jam operasi

  o o

  Temperatur Referensi : 25 C = 298 K Satuan Panas : kilo Joule (kJ) Panas yang dihitung pada neraca panas ini. meliputi : - Panas yang dihitung apabila terjadi perubahan temperatur.

  Q = n.C .

  p ΔT

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

  C : Kapasitas panas. kJ/kmol.K.

  p N : Mol senyawa. kmol. o

  T : Temperatur referensi. 25 C

  o o

  T : Temperatur senyawa. C Keterangan : _T .

  C  T  C dT _{p p T}  _o

  Kapasitas panas cairan _T  

  2

  3 .

  A  B T  CT  DT dt

    _T  _o  

  2

  3

  4 _{B C D}

  2

  3

  4

   A T  T  T  T  T  T  T  T

   o   o   o   o 

  2

  3

  4 Kapasitas panas gas _T

   

  2

  3

  4 .

  A  B T  CT  DT  ET dt

    _T  _o   _B

  2

  3

  4

  5

  2 C

  3 D

  4 E

  5

   A T  T  T  T  T  T  T  T  T  T

   o  o o o o        

  2

  3

  4

  5

• dT
• eT
• dT

  f reaktan

  CH

  3 OCH

  3

  46,068 248,321 -43,99 21.510,1 H

  2 O 18,016 373,161 -57,80 40.656,2

  NH

  3

  17,032 239,731 -10,92 23.351,0

  ΔH

  R(298 o K)

  = ΔH

  f produk

  dengan : ΔH f

  Hvl (J/mol) CH

  = Panas pembentukan suatu senyawa pada 25

  o C. kJ/kmol.

  Untuk kondisi temperatur reaksi bukan pada 25

  o

  C. panas reaksi dihitung dengan menggunakan rumus : ΔH R(

  o K) = ΔH R (298 o K)

   _{produk reak}

  CpdT n CpdT n tan dT dQ

  = r .

  ΔH R ( T

  o K)

   _{produk reak}

  3 OH 32,042 337,671 -48,08 35.270,4

  ∆Hf (kcal/gmol)

  CpdT n CpdT n tan

  48,903 -0,00881692 4,24399E-04 -5,12852E-07 1,93182E-10 H

  Tabel LB.1. Kapasitas panas gas Cp

  

(g)

  = a + bT + cT

  2

  3

  4

  (J/mol.K) Komponen a b c d e CH

  3 OH 34,4925 -0,0291887 2,86844E-04 -3,12501E-07 1,09833E-10

  CH

  3 OCH

  3

  2 O 34,0471 -0,00965064 3,29983E-05 -2,04467E-08 4,30228E-12

  Tabel LB.3. Sifat Fisik Komponen Komponen Berat Molekul Titik didih (K)

  Tabel LB.2. Kapasitas panas cair Cp

  (l)

  = a + bT + cT

  2

  3

  (J/mol.K) Komponen a b c d CH

  3 OH -258,25 3,3582 -0,0116388 1,40516E-05

  CH

  3 OCH

  3

  39,0853 0,807754 -0,0037009 6,32701E-06 H

  2 O 18,2964 0,472118 -0,00133878 1,31424E-06

• Panas reaksi. untuk menghitung panas yang dihasilkan dari reaksi kimia di reaktor.
• – ΔH
•    

•    

  

FH-01

  2 CH

  Cp dT Ni Q 523 298

  .

  Tabel LB.5. Perhitungan Panas Keluar pada Fired Heater (FH-01) Alur Komponen N (kmol/jam)

  



   ^K _K ^o _o

  T Cp

523

298

  . (kJ/kmol.K) Q (kJ/jam)

  3 OH 1.696,8916 11.791,6344 20.009.124,79

     

  H

  2 O 4,5318 7.741,1999 35.081,8945

  Total 20.044.206,68

  Q ²

  1. CH ₃ OH _(g)

  2. H ₂ O _(g) T = 250 ^o C P = 10 atm Q ¹

  1. CH ₃ OH _(l)

      ^K _K ^{out o} _o

  Panas Keluar    

  1

  Tabel LB.4. Perhitungan Panas Masuk pada Fired Heater (FH-01) Alur Komponen N (kmol/jam)

  2 LB.1. Fired Heater (FH-01)

  Fungsi : Meningkatkan temperatur dan merubah fasa metanol dari fasa cair menjadi fasa gas Gambar LB.1. Diagram alir fired heater (FH-01)

  Panas Masuk    

     

      ^K _K ^{in o} _o

  Cp dT Ni Q 303 298

  .

  

  Total 690.619,2218

   ^K _K ^o _o

  T Cp

303

298

  . (kJ/kmol.K) Q (kJ/jam)

  1 CH

  3 OH 1696,8916 405,9901 688.921,1957

  H

  2 O 4,5318 374,6878 1.698,0261

  2. H ₂ O _(l) T = 30 ^o C T = 300 ^o C

• – Q
• – 690.619,2218 kJ/jam = 19.353.587,46 kJ/jam Panas yang diperlukan = 19.353.587,46 kJ/jam

  = 26.737,0273 kJ/kg

  =

  904,8120 kg/jam ,46 kJ/jam 19.353.587

  = 21.389,6218 kg/jam Qn =

  Efficiency Q t

  =

  80%

kg/jam

8 21.389,621

  release heat lb/MBtu oil fuel with 8 840

  = 15 % Qt =

  10

  6 _{t n f} x Q

  G  

  Fuel Oil Rate, G

  f

  = 22,0090 kg/jam (Walas, 218) Tabel LB.6. Neraca Panas pada Fired Heater (FH-01)

  Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam) Umpan 690.619,2218 - Produk - 20.044.206,68 Panas yang diserap 19.353.587,46 -

  Flow Mass Fuel Panas diperlukan

  Fraction Excess Air

     

     

     

     

     

        

     

     

    

  = 80 %

   

^K

_K

^{in K} _K ^out

^o

_o

^o _o Cp dT Ni dT Cp Ni dT dQ

  303 298 523 298

  . . = Q

  out

  in

  = 20.044.206,68 kJ/jam

  Fuel Mass Flow = 904,8120 kg/jam (Hysis) Efficiency

  Total 20.044.206,68 20.044.206,68

  LB.2. Reaktor (R-01)

  Fungsi : Sebagai tempat terjadinya reaksi dehidrasi metanol sehingga menghasilkan dimetil eter yang akan dimurnikan pada proses berikutnya. Reaksi : 2 CH OH CH OCH + H O

  3

  3

  3

  2 Q ₃

 CH OCH

_{3 3 (g)}  H O

_{2 (g)}

OH  CH _{3 (g)}

T = ? 3

  Air pendingin o

  T = 250 C P = 12 atm

R-01

Air pendingin

  2 Q ₂

 CH OH 99,5%

_{3 (g)}

_o

T = 250 C

  Gambar LB.2. Diagram alir reaktor (R-01)

  Panas Masuk _{o K} 523

      Q   Ni  Cp . dT _out

     _{o K}

  298  

  Tabel LB.7. Perhitungan panas masuk pada reaktor (R-01) _{o K}

  

523

  Alur Komponen N (kmol/jam) Cp . T (kJ/kmol.K) Q (kJ/jam) 

  



_o

_K

298

  CH OH 1.696,8916 11.791,6344 20.009.124,79

  3

  2 H O 4,5318 7.741,1999 35.081,8945

2 Total 20.044.206,68

  Panas Keluar

  Perhitungan suhu keluar reaktor _T

  dQ out o = r . .

• dT _{C in}

  N Cp dT

  ΔH

  R ( K)   _o

  250 

  XN ^{CH OH } ₃ 0,90 1696,8916

• = = 763,6012 kmol = 763.601,2 mol/jam

  r 

   - _{CH OH 3}

2 Panas standard reaksi

  _{o o o o}

  H (

  25 C ) =  H   H   H  _{R fCH OCH fH O fCH 3 3 2 3}

  = -43,99 + (-57,08)

• – (-48,08) = -52,99 kcal/gmol

  o

  Panas reaksi 250 C dapat dihitung dengan persamaan _{o C o out} 250

  o  + H ( 250 C ) = Cp . dT _R

  ΔH R ( 25

  C)    _o

_C

_o

  25  H ( 250 C ) = -52,99 kcal/gmol + [7741,1999 + 19.522,1668 _R

• – (2 × 11.791,6344)] cal/gmol

  = - &lt; 0, reaksi eksoterm) 49,3099 kcal/gmol (∆H