Pra Rancangan Pabrik Isopropil Asetat (IPAc) Dengan Bahan Baku Asam Asetat Dan Propilen Kapasitas 15.000 Ton/Tahun

  

LAMPIRAN A

HASIL PERHITUNGAN NERACA MASSA

  Kapasitas Produksi = 15.000 ton/tahun Kemurnian Produk = 99,95 % Basis Perhitungan = 1.000 kg/jam CH

  3 COOH

  Pada perhitungan ini digunakan perhitungan dengan alur maju dengan menggunakan basis perhitungan. Hal ini dikarenakan untuk mempermudah menentukan jumlah bahan yang akan direcycle kembali.

  

A.1. PERHITUNGAN NERACA MASSA BERDASARKAN BASIS 1.000

Kg/Jam CH

3 COOH TANPA RECYCLE

  Tabel LA-1 Komposisi CH

3 COOH (Kirk-Othmer, 1999)

  Komponen % Berat kg/jam kmol/jam Yi CH COOH 1,000 1000 16,6667 1,0000

3 Reaksi yang terjadi adalah:

  CH

  3 COOH (aq) + C

  3 H 6 (g)  CH

  3 COOCH(CH 3 ) 2 (aq)

  Untuk efisisensi reaksi maka C H yang digunakan berlebih dengan perbandingan mol

  3 6(g)

  CH

  3 COOH : C

  3 H 6 untuk umpan reaktor adalah 1 : 2 (Bearse, 1947).

  Jumlah kg C

  3 H

6 = (2/1 x 16,6667) = 33,3333 kmol/jam = 1400 kg/jam

  Jumlah C

  3 H

6 = (1/0,920 x 1400) = 1521,7391 kg/jam

  Tabel LA-2 Komposisi C

  3 H 6 (Kirk-Othmer, 1999)

  Komponen % Berat kg/jam kmol/jam Yi C3H8 0,0800 121,7391 2,7668 0,0766 C3H6 0,9200 1400,0000 33,3333 0,9234

  1,0000 1521,7391 36,1001 1,0000 Jumlah katalis yang dibutuhkan adalah 5% dari mol asam asetat yang diperlukan pada reaksi (Bearse, 1947). Jumlah katalis yang dibutuhkan = 0,5 x 16,6667 = 0,8333 kmol/jam Jumlah HF = 50% x 0,8333 = 0,4167 kmol/jam Jumlah BF

  3 = 50% x 0,8333 = 0,4167 kmol/jam

  Tabel LA-3 Komposisi HF (Kirk-Othmer, 1999) Komponen % Berat kg/jam kmol/jam Yi HF 0,6500 8,3333 0,4167 0,7200 H

2 O 0,3500 2,9167 0,1621 0,2800

  1,0000 11,2500 0,5787 1,0000 Tabel LA-4 Komposisi BF (Kirk-Othmer, 1999)

3 Komponen % Berat kg/jam kmol/jam Yi

  BF 1,0000 28,2526 0,4167 1,0000

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

  Rumus Molekul BM Rumus Molekul BM CH

  3 COOH

  60 C

  3 H

  6

  42 HF

  20 C

  3 H

  8

  44 BF 67,8062 C H O 102

  3

  5

  10

  2 H2O

  18 HBF

  4 87,8062

  Perhitungan awal diasumsikan tanpa recycle :

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

  Fungsi : untuk melarutkan antara katalis HF dan BF

  3 . dan membentuk senyawa kompleks

  HBF 4.

  2

  5 MX-101

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

  3 . dan

  membentuk senyawa kompleks HBF

  4 . Senyawa ini akan terurai pada suhu antara 150- o

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

• HF + BF 3(g)  HBF

  4 (aq) (aq)

  Neraca Massa Total Input = Output

  1039,5026 kg/jam = 1039,5026 kg/jam

  Input (Alur 2,3) Output Atas (Alur 5)

  Komponen Kg kmol Kg kmol

  HF 8,3333 0,4167 0,0000 0,0000 BF

  3 28,2526 0,4167 0,0000 0,0000

  HBF

  4 0,0000 0,0000 246,8557 15,4285

  H O 2,9167 0,1620 2,9167 0,1620

2 Total 17,6620 16,8287

  1039,5026 1039,5026 A.1.2. ALIRAN KELUAR DI MIXER (MX-102) Fungsi : untuk menghomogenkan antara CH COOH dengan katalis HBF .

  

3

  4

  1

  6 MX-102

5 Neraca Massa Total

  = Output

  Input

  1039,5026 kg/jam = 1039,5026 kg/jam

  Kg kmol Kg kmol CH

  3 COOH 1000,0000 16,6667 1000,0000 16,6667

  HBF 246,8557 15,4285 246,8557 15,4285

  4 H

  2 O 2,9167 0,1620 2,9167 0,1620

  Total 17,6620 16,8287

  1039,5026 1039,5026 A.1.3. ALIRAN KELUAR DI REAKTOR (R-101)

  Fungsi : untuk merekasikan antara CH COOH dengan propilen dengan bantuan katalis

  3 HBF .

4 Reaksi yang terjadi dalam reaktor :

  CH COOH + C H  CH COOCH(CH )

  3 (aq) 3 6 (g)

  3 3 2 (aq)

  Data konversi (Bearse, 1947) : Konversi terhadap CH

3 COOH = 70 - 80 %

  Untuk proses ini dipilih konversi reaksi sebesar 75%

  7

  8

  6 R - 101

  4 Reaksi : CH

3 COOH mula-mula = 1000 kg/jam

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

  3

  = 12,5 kmol/jam Sisa reaksi

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

  3

  6 CH

  3 COOCH(CH 3 ) 2 terbentuk = 1/1 x 12,5 kmol = 12,5 kmol/jam

  = 1275 kg/jam

  Neraca Massa Total Input = Output

  2561,2417 kg/jam = 2561,2417 kg/jam

  Input Output Komponen Alur 6 Alur 4 Alur 8 Alur 7 Kg Kmol Kg Kmol Kg Kmol Kg CH COOH 1000 16,6667 -

• 250 4,1667 -

  3

• C H 1400 3,3333 875 20,8333 - -

  3

  6 C H - - - 121,7391 0,0561 121,7391 2,7667 -

  3

  8 HBF 36,5859 0,4167

• 36,5859 0,4167 -

  4

• H O 2,9167 0,1620 2,9167 0,1620 - -

  2 C H -

• 1275 12,5 - - - O

  5

  10

  2 Sub Total 1039,5026 17,2454 1521,7391 36,1001 1564,5026 17,2454 996,7391 23,6001

Total 2561,2417 kg 53,3455 kmol 2561,2417 kg 40,8455 kmol

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

  9 AC - 101

8 Neraca Massa Total

  Input (8) = Output (9)

  1564,5026 kg/jam = 1564,5026 kg/jam (Alur 6) (Alur 8)

  Input Output

  Komponen Kg Kmol Kg Kmol HBF

  4 36,5859 75,7357 36,5859 75,7357

  C

  5 H

  10 O 2 1275,0000 1,0416 1275,0000 1,0416

  H O 2,9167 291,8417 2,9167 291,8417

  2 Total 17,2454 1564,5026 17,2454 1564,5026 A.1.5. NERACA MASSA PADA KOLOM DESTILASI Neraca Massa Kolom Destilasi (MD-101)

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

  5

  10

  2

  2

  3

  4 H 2 O.

  Ditinjau dari titik didihnya : Komponen Td °(C) CH COOH 117,82

  3 HBF 150

  4 C

  5 H

  10 O 2 88,6

  H

  2 O 100 (Sumber : Kirk-Othmer, 1999)

  Maka dapat ditentukan :

  5 H

  10 O 2 semuanya ada pada hasil atas.

• C • H

  2 O terdistribusi pada hasil atas dan bawah

  COOH dan HBF semuanya ada pada hasil bawah

• CH

  3

  4 Diperkirakan 43,7 % mol dari H 2 O akan terpisah sebagai hasil atas.

  Neraca Massa Kolom Destilasi (MD-102)

  Fungsi: untuk memisahkan CH

  3 COOH dan H2O dengan HBF 4 .

  Diperkirakan CH

  3 COOH dan H2O yang terpisahkan sebagai hasil atas adalah sebesar 100 % dari katalis senyawa kompleks HBF .

  4 A.1.4.1. Kolom Destilasi (MD-101)

  Fungsi: untuk memisahkan C

5 H

  10 O 2 , dan H

  2 O sebagian dari CH

  3 COOH, HBF 4 dan H 2 O. Feed(9) = Hasil atas(10) + Hasil bawah(11) 1564,5026 kg/jam = 1276,2750 kg/jam + 288,2276 kg/jam

  Menentukan Kondisi Umpan Masuk Menara

  0,4167 36,5859 1,1216 1,1069 0,7248 0,8023 Jumlah 12,2454 1564,5026 1,0000 1,0000

  9

  11

  MD - 101

  = exp(4,5417 - 1496,8770 / (355 + -32,4550) = exp(0,0144) = 0,9056 bar

  Menentukan harga P° P° C5H10O2 = exp(A - B / (T + C)

  point pada puncak menara.

  Perhitungan trial and error untuk memperoleh kondisi temperatur dew point dan bubble

  Menentukan Kondisi Puncak Menara

  4

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

  HBF

  2 O 0,1620 2,9167 0,5089 0,5023 0,0242 0,0121

  H

  10 O 2 12,5000 1275,0000 1,0441 1,0304 0,0094 0,0097

  5 H

  C

  

3 COOH 4,1667 2500,0000 0,7573 0,7278 0,2416 0,1758

  CH

  10

H2O

  Perhitungan diatas diulang kembali dengan memvariasikan kondisi temperature sampai angka

  dan bubble point pada puncak menara.

  Dengan cara trial and error pada microsoft excel diperoleh kondisi temperatur dew point

  ∑ Ki/Yi mendekati 1,0000.

  Menentukan harga Ki K C5H10O2 = P°/P

  ∑ Ki/Yi = 1,1208

  Ki/Yi H2O = 0,0083

  Ki/Yi

  = 0,9944 / 0,6858 = 1,1125

  ∑ Ki/Yi

  = 0,0056 Menentukan harga

  Yi

  = 12,5000 kmol / 12,5787kmol = 0,9944

  K H2O = 0,6858 Menentukan harga Yi Yi C5H10O2 = Kmol / Jumlah Mol

  = 0,9056 bar / 1,0133 bar = 0,8938

C5H10O2

1. Dew Point

• Trial and error 1, dengan T = 355, diperoleh Yi/Ki = 1,1208

  5 H

  10 O 2 12,5000 1275,0000 0,9056 0,8938 0,9944 1,1125

  H

  2 O 0,0708 2,9167 0,6858 0,6769 0,0056 0,0083

  C

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

• Trial and error 2, dengan T = 365, diperoleh Yi/Ki = 0,9742
• Trial and error 3, dengan T = 363,09, diperoleh Yi/Ki = 1,0000

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

  

2 O 0,0708 2,9167 0,8605 0,8493 0.0056 0,0048

  12,5000 1275,0000 1,0413 1,0277 0,9954 1,0219 H

  2

  10 O

  5 H

  C

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

  Jumlah 12,5787 1276,2750 1,00000 0,9583

  

2 O 0,0708 2,9167 0,7708 0,7607 0.0056 0,0043

  12,5000 1275,0000 0,9721 0,9944 0,9954 0,9540 H

  2

  10 O

  5 H

  C

   Bubble Point

  Jumlah 12,5787 1276,2750 1,00000 1,0267

  Jumlah 12,5787 1276,2750 1,00000 0,9742

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

  C

  5 H

  10 O 2 12,5000 1275,0000 1,0413 1,0277 0,9944 0,9676

  H

  2 O 0,0708 2,9167 0,8605 0,8493 0,0056 0,0066

  Maka ditentukan: Produk keluar pada Dew Point T = 363,09 K dan P = 1,0131 bar

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

  Komponen Kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki C

  5 H

  10 O

  2

  12,5000 1275,0000 1,0145 1,0013 0,9944 0,9931 H

  2 O 0,0708 2,9167 0,8257 0,8149 0,0056 0,0069

• Trial and error 1, dengan T = 360, diperoleh Yi/Ki = 0,9583
• Trial and error 2, dengan T = 365, diperoleh Yi/Ki = 1,0267

  Maka ditentukan: Produk keluar pada Bubble Point T = 363,07 K dan P = 1,0133 bar

  Kmol Kg Kmol Kg Kmol Kg CH

  HBF

  4

  0,4167 36,5859 0,7364 0,7268 0,0891 0,0648 Jumlah 4,6745 288,2276 1,0000 1,0000

  Neraca Massa Total Kolom Destilasi (MD-101)

  Komponen

  Input (Alur 8) Output Atas (Alur 9) Output Bawah (Alur 10)

  3 COOH 4,1667 250,0000 4,1667 250,0000

  H

  C

  5 H

  10 O 2 12,5000 1275,0000 12,5000 1275,0000

  H

  2 O 0,1620 2,9167 0,0708 2,9167 0,0912 1,6417

  HBF

  4

  2 O 0,0912 1,6417 1,4706 1,4514 0,0195 0,0283

  3 COOH 4,1667 250,0000 1,0309 1,0174 0,8914 0,9069

  Komponen Kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki C

  Analog dengan menentukan kondisi puncak menara, diperoleh kondisi dasar menara sebagai berikut: Produk keluar pada Dew Point T = 395,21 K dan P = 1,0133 bar

  5 H

  10 O

2 12,5000 1275,0000 1,0143 1,0010 0,9954 0,9954

  H

  2 O 0,0708 2,9167 0,8253 0,8145 0.0056 0,0046

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

  Menentukan Kondisi Dasar Menara

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

  CH

  3 COOH 4,1667 250,0000 1,0433 1,0297 0,8914 0,8657

  H

  2 O 0,0912 1,6417 1,4916 1,4721 0,0195 0,0133

  HBF

  4

  0,4167 36,5859 0,7462 0,7364 0,0891 0,1210 Jumlah 4,6745 288,2276 1,0000 1,0000

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

  0,4167 36,5859 0,4167 36,5859 Total 12,2454 1564,5026 17,2532 kmol

  1564,5026

3 COOH dan H2O dengan HBF

3 COOH 4,1667 250,0000 1,0309 1,0174 0,8914 0,9069

  Jumlah 4,6745 288,2276 1,0000 1,0000

  12

  11

  13

  MD - 102

  Analog dengan Menara Destilasi (MD-101), diperoleh kondisi dasar menara sebagai berikut: Produk keluar pada Dew Point T = 392,519 K dan P = 1,0133 bar

  Menentukan Kondisi Puncak Menara

  0,0912 1,6417 0,7268 0,7268 0,0195 0,0283 H

  kg

  4

  HBF

  CH

  Umpan masuk pada T = 394,3 K dan P = 1,0133 bar Komponen kmol in Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki

  Menentukan Kondisi Umpan Masuk Menara

  Feed (11) = Hasil atas (12) + Hasil bawah (13) 197,3101 kg/jam = 193,68795 kg/jam + 3,6221 kg/jam

  4 .

  Fungsi: untuk memisahkan CH

  A.1.4.2. Kolom Destilasi (MD-102)

2 O 0,4167 36,5859 1,4706 0,0891 0,0891 0.0648

  H O 0,4167 36,5859 1,4298 1,4111 0,0214 0,0152

2 Jumlah 4,2579 251,6417 1,0000 1,0000

  Produk keluar pada Bubble Point T = 392,32 K dan P = 1,0133 bar Komponen Kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki

  CH

  3 COOH 4,1667 250,0000 1,0042 0,9911 0.9786 0,9699

  H O 0,4167 36,5859 1,4253 1,4067 0,0214 0,0301

  2 Jumlah 4,2579 251,6417 1,000000 1,0000 Menentukan Kondisi Dasar Menara

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

  HBF

  4 36,5859 0,4167 1,0133 1,0000 1,0000 1,0000

  Jumlah 36,5859 0,4167 1,0000 1,0000 Produk keluar pada Bubble Point T = 417,96 K dan P = 1,0133 bar

  Komponen Kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki HBF 36,5859 0,4167 1,0133 1,0000 1,0000 1,0000

4 Jumlah 36,5859 0,4167 1,0000 1,0000

  Neraca Massa Total Kolom Destilasi (MD-102) Input (Alur 10) Output Atas (Alur 11) Output Bawah (Alur 12)

  Komponen Kmol Kg Kmol Kg kmol Kg

  CH

3 COOH 4,1667 250,0000 4,1667 250,0000

  HBF

  4 0,0912 1,6417 0,00002 0,00131 0,4167 36,5859

  H O 0,4167 36,5859 0,4167 36,5859

2 Sub Total 4,6745 288,2276 4,2579 251,6417 0,4167

  36,5859

  Total 4,6745 4,8645 kmol kg

  288,2276 288,2276

  

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

CH COOH DENGAN RECYCLE

3 Kemudian untuk perhitungan recycle dihitung berdasarkan trial and error pada

  aliran masuk reaktor dengan dasar aliran masuk reaktor sama dengan aliran bahan baku ditambah aliran recycle menara destilasi II (MD-102) dan hasil atas reaktor (R-101). Propilen yang dibutuhkan = 1400 kg/jam diasumsikan propilen recycle dari reaktor yaitu sebesar 62,5% dari propilen yang dibutuhkan. Propilen recycle = 62,5% x 1400 kg = 875 kg/jam Propilen supply = propilen yang dibutuhkan - propilen recycle

  = 1400 kg – 875 kg = 525 kg/jam Propilen yang digunakan mengandung propana sebesar 8%. Propana yang dibutuhkan = 121,7391 kg/jam Diasumsikan propana tidak ikut bereaksi sehingga: Propana recycle = 100% x 121,7391 kg = 121,7391 kg/jam HBF

  4 yang dibutuhkan = 36,5859 kg/jam

  Untuk menjaga ketersediaan HBF tidak tergantung dari keseluruhan recycle dan juga

  4 demi menjaga kelancaran proses nantinya jika terjadi abnormal proses.

  Maka diasumsikan HBF

  4 dari menara destilasi (MD-102) sebesar 50% dari HBF 4 yang

  dibutuhkan HBF

  4 recycle = 50% x 36,5859 kg = 18,2930 kg/jam

  HBF

  4 supply = HBF 4 yang dibutuhkan - HBF 4 recycle

  = 36,5859 kg – 18,2930 kg = 18,2930 kg/jam

  Supply Recycle Output

  Komponen Kg kmol Kg kmol Kg Kmol

3 COOH 1000,0000 16,6667 - 1000,0000 16,6667

• CH C

  3 H 6 525 0,0324 875 0,0237 1400 33,3333

  3 H 8 121,7391 6,9486 121,7391 11,7059

• C
• HF 4,1667 0,2083

  3 14,1263 0,2083

• BF

Sub Total 1546,2096 29,7453 1015,0321 23,8085 2561,2417 53,5538 Total 2561,2417 kg 53,5538 kmol 2561,2417 53,5538

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

  Fungsi : untuk melarutkan antara katalis HF dan BF

  3 . dan membentuk senyawa kompleks

  HBF 4.

  2

  5 MX-101

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

  3 . dan

  membentuk senyawa kompleks HBF . Senyawa ini akan terurai pada suhu antara 150-

  4 o

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

• HF + BF  HBF

  (aq) 3(g) 4 (aq)

  Neraca Massa Total Mixer (MX-101)

• Recycle = Output

  Input

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

  Input (Alur 2,3) Recycle (Alur 14) Output (Alur 5)

  Komponen kg Kmol Kg Kmol Kg kmol HBF - 18,2930 0,2083 18,2930 0,2083 -

  4

• HF 4,1667 0,2083 H O

  2

  2,9167 0,1620 2,9167 0,1620

• - -
• BF 14,1263 0,2083 Sub Total 1021,2096 17,2453 18,2930 0,2083 1039,5026 17,2453 Total
>3

  17,4537 kmol 17,2453

  1039,5026 kg 1039,5026

  A.2.2. ALIRAN KELUAR DI MIXER (MX-102)

  Fungsi : untuk menghomogenkan antara CH

  3 COOH dengan katalis HBF 4 .

  13

  1

  6 MX-102

  5 Reaksi :

• HF + BF  HBF

  (aq) 3(g) 4 (aq)

  Neraca Massa Total Mixer (MX-102)

  Input + Recycle = Output

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

  Input (Alur 1,2,3) Recycle (Alur 13) Output (Alur 5)

  Komponen Kg Kmol Kg Kmol Kg kmol

  3 COOH 1000,0000 16,6667 1000,0000 16,6667

• CH
• HBF 18,2930 0,2083 18,2930 0,2083

  4 H O

  2

  2,9167 0,1620 2,9167 0,1620

• - -

  Sub Total 1021,2096 17,2453 18,2930 0,2083 1039,5026 17,2453 Total

  17,4537 kmol 17,2453

  1039,5026 kg 1039,5026 A.2.3. ALIRAN KELUAR DI REAKTOR (R-101)

  Fungsi : untuk merekasikan antara CH

  3 COOH dengan propilen dengan bantuan katalis HBF .

4 Reaksi yang terjadi dalam reaktor :

  CH

  3 COOH (aq) + C

  

3 H 6 (g)  CH

  3 COOCH(CH 3 ) 2 (aq)

  Data konversi (Bearse, 1947) :

  7 R - 101

  8

  6

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

  3 CH

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

  Sisa reaksi = 250 kg/jam

  C

  3 H 6 bereaksi = 1/1 x 12,5 kmol = 12,5 kmol/jam = 525 kg/jam

  Sisa reaksi = 875 kg/jam

  CH

  3 COOCH(CH 3 ) 2 terbentuk = 1/1 x 12,5 kmol = 12,5 kmol/jam

  = 1275 kg/jam

  Neraca Massa Total

• Recycle = Output

  Input

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

  Input Output Alur 6,7 Komponen Alur 5 Alur 4 Recycle (Alur 7) kg kmol Kg Kmol kg Kmol Kg kmol _{3 H} ^{3 COOH 1000,0000 16,6667 250,0000 16,6667} _{6 - 525,0000 0,0324 875,0000 20,8333 875,0000 20,8333} -

• CH
• C C H - -
^{3 8}

  121,7391 2,7668 121,7391 2,7668 - - HF

• 4,1667 0,2083 -
• - -

  BF ^{3 14,1263 0,2083}

• HBF
₂ 4<
• 18,2930 0,2083 36,5859 0,4167
_{5 H 10 O 2} - H O 2,9167 0,1620 2,9167 0.1620 - - -
• C
• - 1275,0000 12,5000 -

  

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

  A.2.4. NERACA MASSA DI ACCUMULATOR (AC-101) Fungsi: sebagai wadah penampungan sementara hasil dari reaktor (R-101). Neraca Massa Total Input = Output

3 COOH 250,0000 4,1667 250,0000 4,1667

  HBF

  4

  dan H

  2 O.

  Ditinjau dari titik didihnya :

  (Sumber : Kirk-Othmer, 1999)

  Komponen Td °(C) CH

  150 C

  4

  2 O sebagian dari CH

  5 H

  10 O 2 88,6

  H

  2 O 100

  8

  9 AC - 101

  3 COOH, HBF

  , dan H

  1564,5026 kg/jam = 1564,5026 kg/jam Komponen

  H

  Input (Alur 6) Output (Alur 8)

  Kg Kmol Kg Kmol CH

  HBF

  4 36,5859 75,7357 36,5859 75,7357

  C

  5 H

  10 O 2 1275,0000 1,0416 1275,0000 1,0416

  2 O 2,9167 291,8417 2,9167 291,8417

  2

  Total

  1564,5026

  17,2454 1564,5026 17,2454

  A.2.5. NERACA MASSA PADA KOLOM DESTILASI

  Fungsi: untuk memisahkan C

  5 H

  10 O

3 COOH 117,82

  Maka dapat ditentukan : H O semuanya ada pada hasil atas.

• C

  5

  10

  2

  2 O terdistribusi pada hasil atas dan bawah

• H • CH

  3 COOH dan HBF

4 semuanya ada pada hasil bawah

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

  2 Neraca Massa Kolom Destilasi (MD-102)

  Fungsi: untuk memisahkan CH

3 COOH dan H

  2 O dengan HBF 4 .

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

  3

  2

  sebesar 100 % dari katalis senyawa kompleks HBF 4 .

  A.2.5.1. Kolom Destilasi (MD-101)

  10

  9 MD - 101

  11 Feed(9) = Hasil atas(10) + Hasil bawah(11) 1564,5026 kg/jam = 1276,2750 kg/jam + 288,2276 kg/jam

  Menentukan Kondisi Umpan Masuk Menara

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

  CH

  

3 COOH 4,1667 2500,0000 0,7573 0,7278 0,2416 0,1758

  C

  5 H

  10 O 2 12,5000 1275,0000 1,0441 1,0304 0,0094 0,0097

  H

  2 O 0,1620 2,9167 0,5089 0,5023 0,0242 0,0121

  Menentukan Kondisi Puncak Menara

  Menentukan Kondisi Dasar Menara

  HBF

  2 O 0,0912 1,6417 1,4706 1,4514 0,0195 0,0283

  H

  3 COOH 4,1667 250,0000 1,0309 1,0174 0,8914 0,9069

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

  Jumlah 4,6745 288,2276 1,0000 1,0000 Produk keluar pada Bubble Point T = 394,3 K dan P = 1,0133 bar

  

4 0,4167 36,5859 0,7462 0,7364 0,0891 0,1210

  HBF

  2 O 0,0912 1,6417 1,4916 1,4721 0,0195 0,0133

  H

  3 COOH 4,1667 250,0000 1,0433 1,0297 0,8914 0,8657

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

  Analog dengan Menara Destilasi (MD-101), diperoleh kondisi dasar menara sebagai berikut: Produk keluar pada Dew Point T = 395,21 K dan P = 1,0133 bar

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

  Analog dengan Menara Destilasi (MD-101), diperoleh kondisi puncak menara sebagai berikut: Produk keluar pada Dew Point T = 363,09 K dan P = 1,0131 bar

  2 O 0,0708 2,9167 0,8253 0,8145 0.0056 0,0046

  12,5000 1275,0000 1,0143 1,0010 0,9954 0,9954 H

  2

  10 O

  5 H

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

  Jumlah 12,5787 1276,2750 1,00000 1,0000 Produk keluar pada Bubble Point T = 363,07 K dan P = 1,0133 bar

  2 O 0,0708 2,9167 0,8257 0,8149 0,0056 0,0069

  12,5000 1275,0000 1,0145 1,0013 0,9944 0,9931 H

  2

  10 O

  5 H

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

  

4 0,4167 36,5859 0,7364 0,7268 0,0891 0,0648

  Neraca Massa Total Kolom Destilasi (MD-101)

  (Alur 8) Atas (Alur 9) Output Bawah (Alur 10)

  Input Output

  Komponen Kmol Kg Kmol Kg kmol Kg

  CH

  

3 COOH 4,1667 250,0000 4,1667 250,0000

  C H O 12,5000 1275,0000 12,5000 1275,0000

  5

  10

  2 H O 0,1620 2,9167 0,0708 2,9167 0,0912 1,6417

  2 HBF 4 0,4167 36,5859 0,4167 36,5859

  Sub Total 12,2454 1564,5026 12,5787 1276,2750 4,6745 288,2276 Total 12,2454 1564,5026 17,2532 kmol 1564,5026 kg

  A.2.5.2. Kolom Destilasi (MD-102)

  12 MD - 102

  11

  14

  13 Feed = Hasil atas + Hasil bawah 197,3101 kg/jam = 193,68795 kg/jam + 3,6221 kg/jam

  Menentukan Kondisi Umpan Masuk Menara

  Umpan masuk pada T = 394,3 K dan P = 1,0133 bar Komponen kmol in Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki

  CH COOH 4,1667 250,0000 1,0309 1,0174 0,8914 0,9069

  3 HBF 4 0,0912 1,6417 0,7268 0,7268 0,0195 0,0283

  H

2 O 0,4167 36,5859 1,4706 0,0891 0,0891 0.0648

  Analog dengan Menara Destilasi (MD-101), diperoleh kondisi sebagai berikut:

  Menentukan Kondisi Puncak Menara

  Produk keluar pada Dew Point T = 392,519 K dan P = 1,0133 bar Komponen Kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki

  CH

  3 COOH 4,1667 250,0000 1,0069 0,9937 0,9937 0,9848

  H

  

2 O 0,4167 36,5859 1,4298 1,4111 0,0214 0,0152

  Jumlah 4,2579 251,6417 1,0000 1,0000 Produk keluar pada Bubble Point T = 392,32 K dan P = 1,0133 bar

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

  3 COOH 4,1667 250,0000 1,0042 0,9911 0.9786 0,9699

  H

  

2 O 0,4167 36,5859 1,4253 1,4067 0,0214 0,0301

  Jumlah 4,2579 251,6417 1,000000 1,0000

  Menentukan Kondisi Dasar Menara

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

  HBF

  4 36,5859 0,4167 1,0133 1,0000 1,0000 1,0000

  Jumlah 36,5859 0,4167 1,0000 1,0000 Produk keluar pada Bubble Point T = 417,96 K dan P = 1,0133 bar

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

  4 36,5859 0,4167 1,0133 1,0000 1,0000 1,0000

  Jumlah 36,5859 0,4167 1,0000 1,0000

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

• DT
• ET
• 4
• 2,327
• 7
• 11
>4
• 2,158
• 7
• 11
>4
• 3,076
• 7
• 11
• 3
>5
• 1,782
• 8
• 12
>4
• 4,470>6
• 6,78>9
• 2,197
• 12
>5
• 2,234
• 8
• 13
>4
• 3,169>8
• 8,86
• 14
>45,829 0,79654 -7,989.10 <>4,3031.10 <
• 9,2988.10
• 11

  3,6934.10

  1500 HF 29,085 9,612.10

  1500 BF

  3 22,487 0,11814 -8,7099.10

  1,2182.10

  1500 HBF

  4 51,572 0,18910 -1,1557.10

  1500 C

  10 O

  5 H

  2

  1500

  (Carl L. Yaws, 1996)

  B.2 Kapasitas Panas Cairan Masing-masing Komponen

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

  2

  3

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

  

2,9906.10

  2 O 33,933 -8418.10

  1500 H

  C

  

LAMPIRAN B

HASIL PERHITUNGAN NERACA PANAS

B.1 Kapasitas Panas Gas Masing-masing Komponen

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

  2

  3

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

  Tabel B.1 Kapasitas Panas Gas Muasing–masing Komponen

  Komponen A B C D E T maks

  3 H

  9,2646.10

  8 28,277 0,116 1,9597.10

  6,8669.10

  1500 C

  3 H

  6 31,2898 0,072449 1,9481.10

  6,2974.10

  1500 CH

  3 COOH 34,85 0,037626 2,8311.10

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

• DT
• ET
B.3 Konstanta Antoine digunakan untuk menentukan tekanan uap murni suatu komponen pada suhu tertentu.

  B

    °

  Ln P = A −

   

• C T

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

  T = suhu (K)

  A, B, C = konstanta Tabel B.2 Konstanta Antoine Suatu Komponen pada Suhu Tertentu

  Komponen A B C

  C H 4,53678 1149,36 24,906

  3

  8 C H 3,97488 789,819 -26,15

  3

  6 CH COOH 4,68206 1642,54 -41,189

  3 H O 3,55959 643,748 191,189

  2 HF 4,9148 1556,559 24,199

BF 4,68215 663,463 -30,795

  3 HBF 4,54172 1569,531 -64,79

  4 C H O

  4,54172 1496,877 -32,455

  5

  10

  2

  (National Institute of Standards and Technology, 2011) B.4 Panas Penguapan

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

  Tabel B.3 Panas Penguapan Komponen Hv Tc Td

  Ω

  C H

  18773,1 369,83 230,95 0,43

  3

  8 C H 18372,6 364,85 225 0,142

  3

  6 CH COOH 24308,7 592,71 391,2 0,462

  3 H O 40656,2 647,09 373 0,345

  2 HF 31510,7 461,15 292,54 0,383

• 103,8468
• 425,5223
• 239,7
• 443,6555 (Reklaitis, 1998)

  4

  C

  5 H

  10 O

  2

  B.6 Perhitungan Neraca Panas

  Basis perhitungan : 1 jam operasi Satuan operasi : J/jam Kondisi referensi : 25°C (298 K) Kapasitas : 15000 ton/tahun 1.

  Tujuan : meng hitung beban panas đialam kompresor P

  kompresor

  in = 1 atm P kompresor out = 2 atm

  K-101 BF3

  15 o

  C 1 atm BF3 26,92 o

  C 2 atm

  Untuk komponen gas Komponen BM Xi xi.BM

  2 O -241,826 HBF

  3 COOH

  H

  CH

  C

  5 H

  10 O

  2

  34213,2 538 361,6 0,355 (Carl L. Yaws, 1996) B.5 Panas Pembentukan Standar

  Panas pembentukan standar pada suhu 298 K (J/mol) Tabel B.4 Panas Pembentukan Standar

  Komponen ΔH

  f C

  3 H

  8

  C

  3 H

  6

  20,4179

NERACA PANAS PADA KOMPRESOR (K-101)

• Menentukan spesifik gravity komponen gas

  Untuk komponen udara Udara BM Xi xi.BM

  N

  2

  28 0,790 22,120 O

  2

  32 0,210 6,720 1,000 28,840

  x BM i Komponen Gas

  ∑

  γ

  = x BM i Udara

  ∑ 67,8062

  γ = 2,351116505

  = 28 , 840

• Perhitungan efisiensi isentropic (E

  isem ) k =

  1 , 3 − , 31 γ − 1 ,

  55

  ( )( )

  k = 1,3 – (0,31)( 2,351116505 – 1,55) = 1,051653883 (k – 1)/k = 0,04911681 Efisiensi polytropic = 78 %

  1

  1

  n − k − 0,04911681

  = = 0,062970269 =

  ,

  

78

n k × E _{poly k} −

  1   _k

  0,04911681  P 

  

2  

 

  1 , 0133  

  −

  1

  1

      −

   

    P

  1  

  2 , 0266    

       

  = = 0,776239877

  E = _{isen n} −

1 0,06297026

  9

   

  1 , 0133 _n  

   P 

2 −

  1

  

     

  1 −

  2 , 0266

   

   

  

   

P  

  1    

   

• Menentukan suhu keluaran kompresor _{k −}

  1 0,04911681     _{k   }  1 , 0133

  P    

  2    

  1 −    − 1     

  P

  1      

  2 , 0266        

     

  = 288

  1 T = T

  2 1     0,77623987

  1 + +

  7 E _isen          

     

  = 300,85 K

• Menghitung beban panas kompresor

  T = 298 K

  refren

• – Q

  input

  a. P kompresor in = 1 atm

  out = 20 atm Pada proses ini dilakukan dalam 2 tahap:

  kompresor

  in = 1atm P

  kompresor

  Tujuan : menghi tung beban panas đalam kompresor P

  Jumlah 19,3766139 Jumlah 19,3766139 2.

  19,3766139 Output 17,7402103 Q kompresi -1,6364036

  Input

  Masuk Keluar

  = -1,636403681 J/jam

  = 17,7402103 J/jam – 19,37661398 J/jam

  output

  = Q

  kompresi

  Q

  Maka Q masuk total = 0,97914929 + 18,39746469 J/jam = 19,37661398 J/jam

  x (2,0266 – 1,0133) bar W = 0,97914929 J/jam

  3

  Jumlah 17,7402103 maka dW = VdP W = 0,9663 m

  3 0,7773 22,82286158 17,7402103

  Keluar Komponen Kmol Cp.dT n.Cp.dT BF

  Panas Masuk Kompresor = 18,39746469 J/jam Panas Keluar pada T = 300,85 K

  298K 300,85 Cp.dT n. Q

  ∫ =

• Neraca Panas pada Kompresor (K-101) Tabel B.5 Neraca Panas pada Kompresor (K-101)

NERACA PANAS PADA KOMPRESOR (K-102)

  b. P in = 10 atm

  kompresor

  P kompresor out = 20 atm

  K-102

C3H6 C3H6

  o o

  15 C 29,92 C 1 atm 20 atm

• Menentukan spesifik gravity komponen gas

  Untuk komponen gas Komponen BM Xi xi.BM

  C

  3 H

  8

  44 0,18123 7,974110032 C

  3 H

  6

  42 0,81877 34,38834951

  

42,36245955

  Untuk komponen udara Udara BM Xi xi.BM

  N 28 0,790 22,120

2 O

  2

  32 0,210 6,720 1,000

  28,840

  a. P in = 1 atm

  kompresor

  P kompresor out = 10 atm Analog dengan perhitungan neraca panas pada kompresor (K-101)

  γ = 1,468878625 k = 1,046147626 (k – 1)/k = 0,044111964

  n

  1 k

  1 − −

  = 0,0565538 =

  n k E

  × _Poly = 0,7686941

  E _isen

  T

  2 = 328,0547 K

  Dipasang intercooler antara kompresor untuk menurunkan temperatur keluaran dari kompresor (K-101) dari 328,0547 K menjadi 323,0547 K.

• Menghitung jumlah air pendingin yang dibutuhkan

  o

  Air pendingin masuk yang digunakan pada suhu 303 K (30

  C) dan Air

  o

  pendingin keluar pada suhu 318 K (45

  C) Jumlah air pendingin yang dibutuhkan : Cp = 34,06607 J/kmol

  Q _pendingin m = air

  Cp . ∆ t 949,22411 J/Jam m air = _o

  34,06607 J / kg C ( 45 − 30 )

  = 1,8576 kg/jam

  b. P in = 1 atm

  kompresor

  P out = 10 atm

  kompresor

  Analog dengan perhitungan neraca panas pada kompresor (K-101) γ = 1,468878625 k = 1,046147626

  (k – 1)/k = 0,044111964

  1

  1

  n − k −

  = 0,0565538 =

  n k × E _Poly E = 0,7766244 _isen

  T

  2 = 335,9699 K

• Menghitung beban panas kompresor

  Analog dengan menghitung beban panas kompresor (K-101) T refren = 298 K T = 288 K

  input

  T = 335,9699 K

  output

  Panas Masuk Kompresor = 949,2241097 J/jam Panas Keluar pada T = 335,9699 K

  Keluar Komponen Kmol Cp.dT n.Cp.dT C

  3 H 8 5,1615 32,95145554 170,0804629

  W = 88,4976863 J/kg Panas masuk total = 949,2241097 J/jam + 88,4976863 J/jam

  = 1037,721796 J/jam Q = Q – Q

  kompresi output input

  = 970,1566262 J/jam – 1037,721796 J/jam 67,56516987 J/jam

  =

• Neraca Panas pada Kompresor (K-102) Tabel B.6 Neraca Panas pada Kompresor (K-102)

  Masuk Keluar 1037,721796 Output 970,156627

  Input

  Q 67,565169

  kompresi

  Jumlah 1037,721796 Jumlah 1037,721796 3.

NERACA PANAS PADA HEAT EXCHANGER (HE-102)

  o o

  Fungsi : Memanaskan gas propilen dari 62,9 C menjadi 100 C.

  T in : 62,9699 C HE-102

  Qsteam

  T = 288 K

  refren T out : 100 C

  T = 335,9699 K

  input

  T = 373 K

  output 298K

  Q n. Cp.dT = ∫

  303K

  Panas Masuk Heat exchanger (HE-102) Kmol Cp.dT n.Cp.dT

  Komponen 32,95145554 170,0804629

  C

  3 H 8 5,1615

  34,30986517 800,0761633 C H 23,3191

  3

6 Total 970,1566262

  Panas Keluar Heat exchanger (HE-102) Kmol Cp.dT n.Cp.dT

  Komponen Q = Q – Q

  steam input output

  = 1075,888681 J/mol - 970,1566262 J/mol = 105,7320549 J/mol

  Menghitung jumlah steam yang dibutuhkan o

  Steam yang digunakan adalah saturated steam, dengan temperatur (T) 131,2 C pada tekanan 2,8 bar.

  = 2721,5 J/kg ΔHv

  = 551,4 J/kg ΔH l

  = (

  steam

  λ ΔHv – ΔHl) = (2721,5 J/kg – 551,4 J/kg)

  steam

  λ = 2170,1 J/kg

  steam

  λ Jumlah steam yang dibutuhkan:

  Q _steam

  m =

  steam

  λ _steam

  105,732054

9 J/hr

  = = 0,048722 kg/jam

  2170,1 J/kg

  Neraca Panas pada Heat exchanger (HE-102) Tabel B.7 Neraca Panas pada Heat exchanger (HE-102)

  Output Input

  Komponen n.Cp.dt n.Cp.dt Qsteam

  170,0804629 C

  3 H 8 196,052714

  800,0761633 C H 879,835968

  3

6 Subtotal

  970,1566262 1075,888681 105,7320549 Total

  970,1566262 970,1566262 4. NERACA PANAS PADA MIXER (MX-101)