LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

  

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 (C H O )

  15

  16

  2

• Natrium hidroksida (NaOH)
• Fosgen (COCl )

  2

• Katalis (piridin) (C H N)

  5

  5

• Metilen klorida (CH Cl )

  2

  2 Produk akhir : Polibisfenol-a Karbonat (polimer) ( (C H O ) )

  16

  14

  3

  43 Kapasitas Produksi : 3787,8788 kg/jam LA.1 Reaktor Deprotonasi (R-101)

  Dalam reaktor ini terjadi reaksi deprotonasi untuk menghasilkan garam bisfenol dan air.

  (3) NaOH (4) Reaktor Deprotonasi

  (R-101) (2) garam bisfenol Bisfenol-a

  NaOH Air Bisfenol-a

  Konversi reaksi = 95% (Fu Sheng, 2009)

  2 Basis = F = 3513,4890 kg/jam bisfenol 3513 , 4890 massa bisfenol kg

  N =

  15 , 4100 kmol bisfenol

  228 / Mr bisfenol kg kmol

  r = konversi × N = 0,95 × 15,4100 = 14,6395 kmol/jam

  1 bisfenol

  Reaksi yang terjadi di dalam reaktor :

• 2NaOH C + H O H O Na

  2H O

  (l)

  15 16 2(s)

  15

  14 2 2(l) 2 (l)

  → C

• M 30,8201 15,4100 B 29,2791 14,6395 14,6395 29,2791 S 1,5410 0,7705 14,6395 29,2791

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 :

  2

  2 Bisfenol-a : F = N × Mr = 15,4100 × 228 = 3513,4890 kg/jam bisfenol-a bisfenol-a

  4

  4 F = N × Mr = 0,7705 × 228 = 175,6745 kg/jam bisfenol-a bisfenol-a

  3

  3 NaOH : F = N × Mr = 30,8201 × 40 = 1232,8032 kg/jam NaOH NaOH

  4

  4 F = N × Mr = 1,5410 × 40 = 61,6402 kg/jam NaOH NaOH

  4

  4 Garam bisfenol : F = N × Mr = 14,6395 × 272 garam bisfenol aram bisfenol

  4 F = 3981,9543 kg/jam garam bisfenol

  4

  4 Air : F = N × Mr = 29,2791 × 18 = 527,0234 kg/jam air air

  Neraca Massa Total :

  4

  2

3 F = F + F

  4

  2

  3 F = F + F = 3513,4890 + 1232,8032 = 4746,2922 kg/jam bisfenol-a NaOH

  4

  4

  4

  4

  

4

F = F + F + F + F bisfenol-a NaOH garam bisfenol air

4 F = 175,6745 + 61,6402 + 3981,9543 + 527,0234 = 4746,2922 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) (13) fosgen

(8) (16)

Reaktor Polimerisasi

(R-102)

  

Garam bisfenol polikarbonat

NaOH metilen klorida

Air piridin

Bisfenol air

  (9) (10) fosgen NaCl Garam bisfenol Piridin Bisfenol

  Metilen klorida NaOH

• 43COCl
• 86NaCl

  = 61,6402 kg/jam Bisfenol-a : F

  8 air

  = F

  16 air

  = 175,6745 kg/jam Air : F

  8 bisfenol-a

  = F

  16 bisfenol-a

  8 NaOH

  16 metilen klorida

  = F

  16 NaOH

  × Mr = 29,2293 × 58,5 = 1709,9141 kg/jam NaOH : F

  16 NaCl

  = N

  16 NaCl

  = 3712,1212 kg/jam NaCl : F

  = 527,0234 kg/jam Metilen klorida: F

  = F

  × Mr = 0,3399 × 10922 F

  = 0,1 × N

  9 Piridin

  = F

  16 Piridin

  = 1,4640 × 79 = 115,6523 kg/jam F

  9 Piridin

  = 0,1 × 14,6395 = 1,4640 kmol F

  4 garam bisfenol

  9 Piridin

  9 metilen klorida

  × Mr N

  9 Piridin

  = N

  9 Piridin

  = 4778,3451 kg/jam Piridin : F

  16 metilen klorida

  F

  7 metilen klorida

  16 polikarbonat

  16 polikarbonat

  = 115,6523 kg/jam Neraca Massa Total :

  15 H

  3 )

  14 O

  16 H

  2 → (C

  2

  2 Na

  14 O

  43C

  M 14,6395 14,6395 - - B 14,6147 14,6147 0,3399 29,2293 S 0,0249 0,0249 0,3399 29,2293 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 : F

  kmol/jam Reaksi yang terjadi di dalam reaktor polimerisasi :

  43

6395 ,

, 14 9983

  = 3399 ,

  garam bisfenol

  = konversi × N

  2

  Konversi reaksi = 99,83% (Moyer et al, 1961) r

  43

  16 garam bisfenol

  = N

  = N

  16 polikarbonat

  × Mr = 14,6395 × 99 = 1449,3105 kg/jam Polikarbonat : F

  10 fosgen

  = N

  10 fosgen

  × Mr = 0,0249 × 99 = 2,4623 kg/jam F

  13 fosgen

  13 fosgen

  = N

  = 3981,9543 kg/jam Fosgen : F

  4 garam bisfenol

  = F

  8 garam bisfenol

  = 6,7693 kg/jam F

  16 garam bisfenol

  × Mr = 0,0249 × 272 F

  16 garam bisfenol

• F

  8

4 F = F = 4746,2922 kg/jam

  9

  9

  9

• F = F F = 716,7518 + 115,6523 = 832,4041 kg/jam

  metilen klorida Piridin

  7

  7 F = F = 4061,5933 kg/jam metilen klorida

  10

  10 F = F =1449,3127 kg/jam fosgen

  13

  16

  8

  9

  7

  10 F + F = F + F + F + F = 4746,2922 + 832,4041 + 4061,5933 + 1449,3127

  13

  16 F + F = 11089,6024 kg/jam

  13

  16

  13

  16

  16

  16

  16

  16 F + F = F

• F + F + F + F + F

  fosgen garam bisfenol polikarbonat NaCl NaOH bisfenol-a

  16

  16

  16 F + F + F air metilen klorida Piridin

  13

  16 F + F = 2,4623 + 6,7693 + 3712,1212 + 1709,9141 + 61,6402 + 175,6745 +

  527,0234 + 4778,3451 + 115,6523

  13

16 F + F = 11089,6024 kg/jam.

  LA.3 Mixing Point I (M-101) fosgen (14)

  

(5) (10)

Mixing Point I

  

(M-101)

fosgen fosgen

  Neraca Massa Komponen:

  14

  13 F = F = 2,4623 kg/jam. fosgen fosgen

  10 F = 1449,3127 kg/jam. fosgen

  5

  10

  14 F = F - F = 1446,8504 kg/jam. fosgen fosgen fosgen

• F
• F
• F
• F
• F
• F
• F

16 Piridin

  18 garam bisfenol

  16 NaCl

  = F

  18 NaCl

  = 6,7693 kg/jam F

  16 garam bisfenol

  = F

  = 61,6402 kg/jam F

  18 bisfenol-a

  16 NaOH

  = F

  18 NaOH

  = 4778,3451 + 3712,1212 + 115,6523 = 8606,1187 kg/jam F

  19

  F

  = 1709,9141 kg/jam F

  16 bisfenol-a

  = F

  = F

  = 8606,1187 + 2481,0214 = 11087,1401 kg/jam .

  18

  19

  = F

  16

  19

  16

  19 polikarbonat

  = 61,6402 + 6,7693 + 1709,9141 + 175,6745 + 527,0234 = 2481,0214 kg/jam Neraca Massa Total : F

  18

  = 527,0234 kg/jam F

  16 air

  = F

  18 air

  = 175,6745 kg/jam F

  19

piridin

  19 metilen klorida

  F

  16 polikarbonat

  16 Piridin

  16 metilen klorida

  16 air

  16 bisfenol-a

  16 NaOH

  16 NaCl

  16 garam bisfenol

  16

  = F

  16

  Neraca Massa Komponen: F

  Metilen klorida Polikarbonat Piridin

  NaCl (16) (18) (19)

  Garam bisfenol NaOH Air Bisfenol

  = F

  = 6,7693 + 3712,1212 + 1709,9141 + 61,6402 + 175,6745 + 527,0234 + 4778,3451 + 115,6523

  LA.4 Dekanter I (FL-101) Dekanter I (FL-101) polikarbonat metilen klorida piridin air

  = F

  19

  = 115,6523 kg/jam F

  = F

  19 piridin

  = 3712,1212 kg/jam F

  16 polikarbonat

  19 polikarbonat

  F

  = 4778,3451 kg/jam F

  16 metilen klorida

  = F

  19 metilen klorida

  = 11087,1401 kg/jam F

  16

  NaCl Garam bisfenol Bisfenol NaOH

• F
• F

18 F

• F
• F

  LA.5 Dekanter II (FL-102) (17) Metilen klorida polikarbonat

  (19) (20) Dekanter II metilen klorida (FL-102) piridin Metilen klorida piridin (21)

  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:

  19 F = 4778,3451 kg/jam metilen klorida

  19 F = 3712,1212 kg/jam polikarbonat

  19 F = 115,6523 kg/jam piridin

  17

  7

  9 F = 0,5 × (F + F ) metilen klorida metilen klorida metilen klorida

  17 F = 0,5 × 4778,3451 kg/jam = 2389,1726 kg/jam metilen klorida

  20

  17

  19 F = 0,1 × (F + F ) metilen klorida metilen klorida metilen klorida

  20 F = 0,1 × (2389,1726 + 4778,3451) = 716,7518 kg/jam metilen klorida

  21

  17

  19 F = 0,9 × (F + F ) metilen klorida metilen klorida metilen klorida

  21 F = 0,9 × (2389,1726 + 4778,3451) = 6450,7659 kg/jam metilen klorida

  21

  19 F = F = 3712,1212 kg/jam polikarbonat polikarbonat

  20

  19 F = 0,9 × F piridin piridin

• F
• F
• F
• F
• F

  = 78,4191 kg/jam. F

  F

  20

  21

  = 716,7518 + 104,0871 + 6450,7659 + 11,5652 + 3712,1212 F

  20

  21 = 10955,2912 kg/jam.

  LA.6 Mixing Point III (M-103)

Mixing Point III

  

(M-103)

piridin (6) (9)

  (12) piridin metilen klorida piridin metilen klorida

  Neraca Massa Komponen: F

  12 piridin

  12 metilen klorida

  21 piridin

  = 540 kg/jam. F

  9 piridin

  = 87,1324 kg/jam. F

  6 piridin

  = F

  9 piridin

  12 piridin

  = 87,1324 - 78,4191 = 8,7132 kg/jam. F

  9 metilen klorida

  = F

  12 metilen klorida

  21 polikarbonat

  21 metilen klorida

  = 540 kg/jam.

  = F

  F

  20 piridin

  = 0,9 × 115,6523 = 104,0871 kg/jam F

  21 piridin

  = 0,1 × F

  19 piridin

  F

  21 piridin

  = 0,1 × 115,6523 = 11,5652 kg/jam Neraca Massa Total: F

  19

  17

  19 metilen klorida

  20 piridin

  19 polikarbonat

  19 piridin

  17 metilen klorida

  F

  19

  17 = 4778,3451 + 3712,1212 + 115,6523 + 2389,1726 = 10955,2912 kg/jam.

  F

  20

  21

  = F

  20 metilen klorida

• F
• F
• F
• F
• F
• F
• F
• F

  LA.7 Washer (W-101) o

  Pada washer ini ditambahkan sejumlah air panas bersuhu 80 C untuk menetralisir pH larutan.

  

(26) air

(21) (27)

  

Washer

(W-101)

polikarbonat polikarbonat metilen klorida metilen klorida piridin piridin air

  Neraca Massa Komponen:

  21 F = 11,5652 kg/jam. piridin

  21 F = 3712,1212 kg/jam. polikarbonat

  21 F = 6450,7659 kg/jam. metilen klorida

  26

  21

  21

  21

  

21

F = F = F + F + F = 10174,4524 kg/jam. air metilen klorida piridin polikarbonat

  27 F = 11,5652 kg/jam. piridin

  27 F = 3712,1212 kg/jam. polikarbonat

  27 F = 6450,7659 kg/jam. metilen klorida

  27

  26 F = F = 3712,1212 kg/jam. air air

  Neraca Massa Total:

  21

  26

  21

  21

  21

  26 F + F = F + F + F + F metilen klorida piridin polikarbonat air

  21

26 F + F = 6450,7659 + 11,5652 + 3712,1212 + 10174,4524 = 20348,9047 kg/jam.

  27

  27

  27

  27

  27 F = F + F + F + F metilen klorida piridin polikarbonat air

27 F = 6450,7659 + 11,5652 + 3712,1212 + 3712,1212 = 20348,9047 kg/jam.

  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) (11)

Splitter

(SP-101)

metilen klorida metilen klorida

  (17) metilen klorida

  Neraca Massa Komponen:

  23 F = 6403,5393 kg/jam. metilen klorida

  17

  7

  9 F = 0,5 × (F + F ) = 2389,1726 kg/jam metilen klorida metilen klorida metilen klorida

  11

  23

  17 F = F - F metilen klorida metilen klorida metilen klorida

  11 F = 6403,5393 - 2389,1726 = 4014,4227 kg/jam. metilen klorida

  Neraca Massa Total:

  23

  17

  11 F = F + F

  23 F = 2389,1726 + 4014,4227 = 6403,5393 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 bagian bottom sedangkan zat dengan komposisi fasa uap yang lebih banyak akan berada pada bagian atas (menguap) (Geankoplis, 2003 ; Walas, 1988).

  

Flash Drum

  = 10174,4524 kg/jam  F

  o

  C (Cityplastic, 2009) sehingga untuk penghitungan komposisi keseimbangan hanya ada 3 komponen yaitu air, metilen klorida, dan piridin.  Laju alir massa

   F

  27

  = 20348,9047 kg/jam  F

  27 air

  27 metilen klorida

  43

  = 6450,7659 kg/jam  F

  27 piridin

  = 11,5652 kg/jam  F

  27 polibisfenol-a karbonat

  = F

  33 polibisfenol-a karbonat

  ) diasumsikan seluruhnya berada pada aliran bottom karena titik flash yang sangat jauh yaitu 630

  )

  (S-101) polikarbonat metilen klorida piridin air polikarbonat metilen klorida piridin air

  2

  (27) (33) (31) metilen klorida piridin air

  Dimana:  Titik didih senyawa pada tekanan 1 atm (101, 325 kPa)

   Air (H

  2 O) 100 o

  C (Windhloz, 1983)  Metilen klorida (CH

  2 Cl

  ) 39,6

  3

  o

  C (Perry, 2008)  Piridin (C

  5 H

  5 N) 115,2 o

  C (Perry, 2008) Polikarbonat ((C

  16 H

  14 O

  = 3712,1212 kg/jam

   Penentuan temperatur flash drum  Fraksi masing

• – masing komponen pada umpan (alur 27)

  27 X = 0,1219 air

  27 X = 0,8768 metilen klorida

  27 X = 0,0013 piridin

  Pada kondisi operasi : P = 1 atm (101,325 kPa)

  o

  T = 50 C (323,15 K) X = Z

  i i sat

  P . P (Smith, dkk, 2005)

  buble = Σ X i i

  Y = K .Z

  i i i

  1 P = (Smith, dkk, 2005)

  dew Y _{sat i} P _i

  Tabel LA. 1 Data Trial Temperatur dan Komposisi Flash Drum (S-101)

  1

  sat* sat sat Y _i

  Komponen

  X P K (P /P)

  X P K .X

  i i i i i. i i i _sat P _i

  metilen klorida 0,8768 144,2637 1,4238 126,4904 1,2484 0,00865 air 0,1219 12,4052 0,1224 1,5122 0,0149 0,00120 piridin 0,0013 9,4677 0,0934 0,0123 0,0001 0,00001 total 1 166,1366

  0,00986

• App B Smith, dkk, 2005 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 = 641,3477 kmol/jam

  Z = X = 0,8768

  metilen klorida metilen klorida

  Z = X = 0,1219

  air air

  Z = X = 0,0013

  piridin piridin Z ( K _{i i i i}

1 ) Z ( K

1 )

  f (V ) = ) =

  j j

  f’ (V

  2

  1 V ( K _i 1 ) 1 ( 1 )

  V K _i ( ) f Vj

  V = V

  j+1 j ' ( ) f Vj

  = V (Smith, dkk, 2005) j = 0, 1, 2, 3,….dst dilakukan iterasi hingga nilai V j+1 j Iterasi 1. Vo = 0,1341 f (V ) = 0,0001

  o

  ) = 0,1937

  o

  f’ (V

  ( ) f

  V _o

  V = V

  1 o ' ( ) f

  V _o

  , 0001 V = 0,1341

  1

  , 1937 V = 0,1341

  1 – 0,0006

  V = 0,1334

1 Maka, V = 0,1334 dan L = 0,8666

  Z F = X L + Y V ; Y = K

  X

  i. i. i. i i. i

  Z F = X L + K

  X V i. i. i. i. Z F = X .( L + K V) i. i i..

  .

  Z F _i

  X =

  i .

  L K _i

  V Basis F = 1 mol, maka

  X = 0,0010

  metilen klorida

  X = 0,9978

  air

  X = 0,0212

  piridin Maka komposisi senyawa di bottom adalah :

  33

  27 F = F = 3712,1212 kg/jam polikarbonat polikarbonat

  33

  33

  33 F = X × L × N × Mr piridin piridin piridin

  33 F = 0,0212 × 0,8666 × 555,3548 × 79 = 2,7388 kg/jam. piridin

  33 F = 0,0010 × 0,8666 × 555,3548 × 84,93 = 47,1706 kg/jam. metilen klorida

  33 F = 0,9978 × 0,8666 × 555,3548 × 18 = 9.985,7669 kg/jam. air

  Neraca Massa Komponen:

  31

  27

33 F = F = 11,5652 piridin piridin – F piridin – 2,7388 = 8,8351 kg/jam.

  31

  27

  33 F = F metilen klorida metilen klorida metilen klorida

• – F

  31 F = 6.450,7659 metilen klorida – 47,1706 = 6.403,5953 kg/jam.

  31

  27

  33 F = F = 10.174,4524 air air – F air – 9.985,7669

  31 F = 188,6855 kg/jam. air

  Neraca Massa Total

  33

  33

  33

  33

  33 F = F + F + F + F polikarbonat piridin metilen klorida air

  33 F = 3.712,1212 + 2,7388 + 47,1706 + 9.985,7669 = 13.747,7925 kg/jam.

  31

  31

  31

  31

  31 F = F + F + F + F polikarbonat piridin metilen klorida air

  31 F = 0 + 8,8351 + 6.403,5953 + 188,6855 = 6.601,1122 kg/jam.

  31

  33 F + F = 6.601,1122 + 13.747,7925 = 20.348,9047 kg/jam.

  LA.10 Mixing Point II (M-102) metilen klorida (11)

  (1) (7)

Mixing Point II

  

(M-102)

metilen klorida metilen klorida

  Neraca Massa Komponen:

  11 F = 4014,4227 kg/jam. metilen klorida

  7 F = 4061,5933 kg/jam metilen klorida

  1

  7

  11 F = F - F = 4014,4227 - 4061,5933 metilen klorida metilen klorida metilen klorida

  1 F = 47,1706 kg/jam. metilen klorida

  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% metilen klorida

  (34) air piridin

  (33) (35) Evaporator I

  (FE-101) polikarbonat polikarbonat air air metilen klorida piridin

  Neraca Massa Komponen:

  34

  33 F = F = 47,1706 kg/jam. metilen klorida metilen klorida

  34

  33 F = F = 2,7388 kg/jam. piridin piridin

  35

  33

  33 F = F - (0,5 × F ) / 0,5 air air air

  35 F = 3712,1212 kg/jam. air

  34

  33

  35 F = F - F = 9985,7669 - 3712,1212 = 6273,6457 kg/jam. air air air

  35

  33 F = F = 3712,1212 kg/jam. polikarbonat polikarbonat

  Neraca Massa Total:

  34

  34

  34

  34 F = F + F + F = 2,7388 + 47,1706 + 6273,6457 piridin metilen klorida air

  34 F = 6323.5500 kg/jam.

  35

  35

  35 F = F + F = 3712,1212 + 3712,1212 = 7424,2424 kg/jam. polikarbonat air

  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%

  air (36) (35) (37)

  

Evaporator II

(FE-102)

polikarbonat polikarbonat

air air

  Neraca Massa Komponen:

  37

  35

  35 F = (F - 0,7 × F )/0,7 air polikarbonat polikarbonat

  37 F = (3712,1212 - 0,7 × 3712,1212)/0,7 = 1590,9091 kg/jam. air

  37

  35 F = F = 3712,1212 kg/jam. polikarbonat polikarbonat

  36

  35

  37 F = F - F = 3712,1212 - 1590,9091 = 2121,2121 kg/jam. air air air

  Neraca Massa Total:

  37

  37

  37 F = F + F = 3712,1212 + 1590,9091 = 5303,0303 kg/jam. polikarbonat air

  36

  36 F = F = 2121,2121 kg/jam. air

  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%

  air (38) (37) (40)

  

Evaporator III

(FE-103)

polikarbonat polikarbonat

air air

  Neraca Massa Komponen:

  40

  40

  40 F = (F - 0,9 × F )/0,9 air polikarbonat polikarbonat

  40 F = (3712,1212 - 0,9 × 3712,1212)/0,9 = 412,4579 kg/jam. air

  40

  37 F = F = 3712,1212 kg/jam. polikarbonat polikarbonat

  38

  37

  40 F = F = 3712,1212 - 412,4579 = 1178,4512 kg/jam. air air air

• – F Neraca Massa Total:

  40

  40

  40 F = F + F = 3712,1212 + 412,4579 = 4124,5791 kg/jam. polikarbonat air

  38

  38 F = F = 1178,4512 kg/jam. air

  

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

  Kapasitas Produksi : 3787,8788 kg/jam Basis perhitungan : 1 jam operasi Waktu operasi : 330 hari / tahun ; 24 jam / hari Satuan operasi : kg/jam

  o

  Suhu referensi : 25 C (298,15 K) Neraca panas i menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut:

  in

  Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983):

  2

3 Cp = a + bT + cT + dT

  Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi: _{T 2}

  b

  2 2 c

  

3

3 d

  4

  4 CpdT a ( T T ) ( T T ) ( T T ) ( T T )

  2

  1

  2

  1

  

2

  1

  2

  1 _{T 1}

  2

  3

  4 Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah: _{T T 2 b T 2 T T Tb 1} CpdT Cp dT H Cp dT _{1 1 VI v} Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi: _{T T 2 2}

  dQ r H ( T ) N CpdT N CpdT _{r out in} dt _{T T 1 1} B.1 Data Perhitungan Cp Tabel LB.1 Nilai Konstanta a,b,c,d dan e untuk perhitungan Cp cairan

  Komponen a b c d

• C H N 1,078E+06 -3,478E+02 3,9565

  5

5 HCl 1,772E+01 0,9043 -0,0056 1,133E-05

  CH Cl 7,996 0,7985 -0,0035 5,551E-06

  2

  2 H O 1,829E+01 0,4721 -0,0013 1,314E-06

  2 Sumber : (Reklaitis, 1983)

  2

3 Cp = a + bT + cT + dT [J/mol K]

  _{T 2}

  b c d

  2

  2

  

3

  3

  4

  4

  ( ) ( ) ( ) ( )

  CpdT a T T T T T T T T

  2

  1

  2

  1

  

2

  1

  2

  1 _{T 1}

  2

  3

  4

  Tabel LB.2 Nilai konstanta a,b,c,d,dan e untuk perhitungan Cp gas

  Komponen a b c d e Fosgen 2,212E+01 0,2111 -0,0003 2,861E-07 -9,134E-11 Air 3,40471E+01 -9,65604E-03 3,29883E-05 -2,04467E-08 4,30228E-12 Sumber : (Reklaitis, 1983)

  2

  3

  4 C = a + bT + cT + dT + eT [J/mol. K] _{T 2} pg b

  2 2 c

  3 3 d

  4 4 e

  5

  5 Cp dT a ( T T ) ( T T ) ( T T ) ( T T ) ( T T ) _g

  2

  1

  2

  1

  2

  

1

  2

  1

  2

  1 _{T 1}

  2

  3

  4

  5 B.2 Estimasi Cp

  B.2.1 Estimasi Cp Padatan dengan Metode Hurst dan Harrison Tabel LB. 3 Kontribusi unsur dan gugus untuk estimasi Cp Unsur ΔE (J/mol.K) C 10,89 H 7,56 O 13,42

  Sumber : (Perry, 1999) Perhitungan kapasitas panas dihitung dengan rumus:

  (Perry, 1999) Dimana:

  Cp = Kapasitas panas (kJ/kmol.K) N = Jumlah unsur i dalam senyawa

  i

  = Nilai kontribusi unsur i ΔE i

  Kapasitas panas padatan bisfenol-a (C H O ) :

  15

  16

  

2

Cp = 15 × 10,89 + 16 × 7,56 + 2 × 13,42

  Cp = 311,1500 kJ/kmol.K

  B.2.1 Estimasi Cp Cairan dengan Metode Chueh dan Swanson Tabel LB.4 Kontribusi Gugus Kapasitas Panas Cairan

  Gugus Harga

  CH _{3 9,95}

  2 C

  3,80

  C H

  3,5

  O

  8,4

  OH

  10,5 14,5

  C O

  Sumber : (Reid, 1977)

  Tabel LB.5 Data Panas Laten Air o

  T (

  C) ∆Hvl (kJ/kg) 2189 114,7 2232,0332 96,3424 2283,0897 64,2248 Sumber : (Geankoplis, 2003)

  B.3 Panas Pembentukan Standar Tabel LB.6 Data Panas Pembentukan Standar o

  Komponen

  f

  ∆H Fosgen -218,8 kJ/kgmol Natrium Klorida -407,27 kJ/kgmol Natrium Hidroksida -470,114 kJ/kgmol Pirid 140,03 kJ/kgmol

  in

  Asam Klorida -167,159 kJ/kgmol Metilen Klorida -121,46 kJ/kgmol Air -285,83 kJ/kgmol Garam Bisfenol -874,372 kJ/kgmol Polikarbonat -18027,922 kJ/kgmol Bisfenol-a -646,8968 kJ/kgmol Sumber : (Purba, 2000 ; Yaws, 1993)

  LB.1 Reaktor Deprotonasi (R-101) Saturated Steam _o

  124,7 C

  2 Bisfenol-a _o Bisfenol-a

  25 C; 1 atm NaOH

  4 Garam Bisfenol

  3 _o NaOH Air

  25 C; 1 atm _o

  40 C; 1 atm Kondensat _o 124,7 C

  Neraca Panas Masuk

  298 ,

  

15

  2 Panas masuk pada alur 2, (Q ) = = 0 N CpdT

  2 s 298 ,

  

15

298 ,

  

15

  3 Panas masuk pada alur 3, (Q ) = = 0 N CpdT

  3 s 298 ,

  

15

Neraca Panas keluar 313 ,

  15

  4 Panas keluar pada alur 4, (Q ) =

  4 N CpdT _s 298 ,

  15 313 ,

  15

  4 Q = N CpdT = 0,7705 kgmol/jam x 4667,2500 kJ/kgmol 4(bisfenol-a) _bisfenolA

  298 ,

  15

  = 3596,1254 kJ/jam

  313 ,

  15

  4 Q = = 1,5410 kgmol/jam x 0,0497 kJ/kgmol N CpdT

  4(NaOH) NaOH 298 ,

  15

  = 0,0766 kJ/jam

  313 ,

  15

  4 Q = = 14,6395 kgmol/jam x 1,8105 kJ/kgmol N CpdT

  4(garam bisfenol) garambisfe nol 298 ,

  15

  = 26,5049 kJ/jam

  313 ,

  15

4 Q = = 29,2791 kgmol/jam x 1125,7906 kJ/kgmol

  N CpdT 4(air) air

  298 ,

  15

  = 32962,1081 kJ/jam Q = Q + Q + Q + Q

  out 4(bisfenol A) 4(NaOH) 4(garam bisfenol) 4(air)

  = 3596,1254 kJ/jam + 0,0766 kJ/jam + 26,5049 kJ/jam

• 32962,1081 kJ/jam = 36584,8150 kJ/jam

  Reaksi di dalam Reaktor Deprotonasi:

  2NaOH C H O H O Na +

  2H O +

  (l)

  15 16 2(s) → C

  15

  14 2 2(l) 2 (l)

  r = konversi x N

  1 garam bisfenol

  r = 0,95 x 15,4100 = 14,6395 kmol/jam

  1 o

  Panas reaksi yang terjadi pada 25 C dan 1 atm:

  o o o

  produk- reaktan] ∆Hr (25

  C) = [∆H f ∆H f

  

o o o o

  C H O Na H O NaOH- C H O ]

  f

  15

  14

  2 2 f 2 f f

  15

  16

  2

  = [∆H +2 x ∆H –2 x ∆H ∆H = [(-874,3720)+(2x-285,83)-(2x-470,114)-(-646,8968)] = 141,0928 kJ/jam

  313 ,

15 313 ,

  15 o o

  C)+ + 2x -

  Cp dT Cp dT

  ∆Hr (40

  C) = ∆Hr(25 garambisfe nol air

  298 ,

15 298 ,

  15 313 , 15 313 ,

  15

• 2 x

  Cp dT Cp dT _{NaOH bisfenolA} 298 , 15 298 ,

  15

  = 141,0928 + 1,8105 + 2 x 1125,7906

• – 2 x 0,0497 – 4667,2500 = -2272,8152 kJ/jam

  Q = -2272,8152 kJ/jam x 14,6395 kmol/jam

  reaksi

  = -33272,9635 kJ/jam dQ/dt = Q + Q

  out – Q in reaksi

  = 36584,8150

• – 0 – 33272,9635 = 3311,8515 kJ/jam

  Tanda positif menunjukkan sistem membutuhkan panas sebesar 3311,8515 kJ/jam sehingga untuk memenuhi kebutuhan panas ini dibuat koil pemanas yang di

  

o

  dalamnya mengalir saturated steam 124,7 C.

  o

  Massa saturated steam (124,7

  C) yang diperlukan adalah:

  dQ / dt

  m =

  ( 124 ,

  7 C ) 3311 , 8515

  = = 1,5130 kg/jam

  2189 LB.2 Cooler (E-101)

  Air _o

  15 C Bisfenol Bisfenol

  4

  8 Garam bisfenol Garam bisfenol NaOH NaOH Air Air _{o o}

40 C, 1 atm

  25 C, 1 atm Air _o

  25 C

  Neraca Panas Masuk: _{313 , 15 313 , 15 313 , 15 313 , 15}

  4

  4

  4

  4 Q =N +N +N + N in bisfenol-a CpdT NaOH CpdT garam bisfenol CpdT air CpdT _{298 , 15 298 , 15 298 , 15 298 , 15}

  = 0,7705 x 4,6673 + 1,5410 x 0,0497 + 14,6395 x 1,8105 + 29,2791 x 1125,7906

  = 32992,2857 kJ/jam Neraca Panas Keluar: _{298 , , 15 298 , 15 298 , 15 298 , 15}

  8

  8

  8

  8 Q =N +N +N +N out bisfenol-a CpdT NaOH CpdT garam bisfenol CpdT air CpdT _{298 , 15 298 , 15 298 , 15 298 , 15}

  = 0 Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Q

  out – Q in

  = 0 - 32992,2857 = -32992,2857

  o

  Air Pendingin masuk (15

  C) ; H = 62,9 kJ/kg

  1 o

  Air Pendingin keluar (25

  C) ; H = 104,8 kJ/kg (Rogers dan Mayhew, 1995)

  2

• ∑ ^{298 15 ,} _{298 15 ,}
⁸ CpdT N _{senyawa + ∑} ^{298 15 ,} _{298 15 ,} ¹⁰ CpdT N senyawa∑ ^{298 15 ,} _{298 15 ,} ¹³ CpdT N senyawa43COCl
• 86NaCl

  o f

  3 )

  43

  Konversi reaksi = 99,83% r

  2

  = konversi × N

  garam bisfenol

  = 3399 ,

  43

6395 ,

. 14 9983

  kmol/jam ∆Hr (25

  o

  C) = [∆H

  o f

  produk- ∆H

  reaktan] = [∆H

  16 H

  o f (C

  16 H

  14 O

  3 )

  43 + 86 x ∆H

o

f

  NaCl

  o f C

  15 H

  14 O

  2 Na 2 –

  43 x ∆H

  o f COCl

  2

  14 O

  2 → (C

  ]

  Air

  Maka, massa air pendingin yang diperlukan: m =

  1

  2 /

  H H dt dQ

  m = 9 , 41 32992 2857 , m = 787,4054 kg/jam

  LB.3 Reaktor Polimerisasi (R-102)

  7

  8

  

10

  11

  13 Metilen Klorida

  25 ^o

  C, 1 atm Bisfenol A Garam bisfenol NaOH

  25 ^o

  2

  C, 1 atm Air Pendingin 15 ^o

  C, 1 atm Fosgen 25 ^o C; 1,6 atm Air pendingin keluar

  25 ^o

  C, 1 atm Fosgen 25 ^o C; 1,6 atm Bisfenol A

  Garam bisfenol NaOH Air NaCl Metilen Klorida Polikarbonat Piridin

  25 ^o

  C, 1 atm

  Panas Masuk = ∑ ^{298 15 ,} _{298 15 ,} ⁷ CpdT N _senyawa

  Panas Keluar = ∑ ^{298 15 ,} _{298 15 ,} ¹¹ CpdT N _senyawa

  Reaksi dalam reaktor ini adalah:

  43C

  15 H

  14 O

  2 Na

• – 43 x ∆H

  = [(-18027,9220) + (86x-407,270) - (43x-847,372) - (43 x -218,8)] = -6046,7460 kJ/jam

  Q = -6046,7460 kJ/jam x 0,3399 kmol/jam

  reaksi

  = -2055,2890 kJ/jam Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Q + Q

  out – Q in reaksi

  = 0

• – (-2055,2890) = 2055,2890

  o

  Air Pendingin masuk (15

  C) ; H = 62,9 kJ/kg

  1 o

  Air Pendingin keluar (25

  C) ; H = 104,8 kJ/kg (Rogers dan Mayhew, 1995)

2 Maka, massa air pendingin yang diperlukan:

  dQ / dt

  m =

  H H

  2

  1

  2055,2890 m = 41 ,

  9 m = 49,0522 kg/jam

  LB.4 Washer (W-101) Air _o

  80 C, 1 atm

  26 Polikarbonat Polikarbonat Piridin

  21

  27 Piridin Metilen Klorida Metilen Klorida _o Air

  25 C, 1 atm _o 34,69 C, 1 atm

  Neraca Panas Masuk: _{298 , 15 298 , 15 298 , 15}

  21

  21

  21

• Q = N N + N = 0

  21 polikarbonat CpdT piridin CpdT metilen CpdT _{353 , 15 298 , 15 298 , 15 298 , 15}

  26 Q = N = 565,2474 x 4149,1778 = 2.345.311,7440 kJ/jam 26 air CpdT _{298 , 15} Q = Q + Q = 0 + 2.345.311,7440 = 2.345.311,7440 kJ/jam in

  21

  26

C, 1 atm

  27 metilen ^{307 84 ,} _{298 15 ,} CpdT

  Panas yang masuk pada washer sama dengan panas yang keluar. Dengan cara

  trial and eror diperoleh suhu keluar sebesar 34,69 o C.

  LB.5 Heater (E-104) Polikarbonat Piridin Metilen Klorida Air 50 ^o

  C, 1 atm Polikarbonat Piridin Metilen Klorida Air 34,69 ^o

  

Saturated steam

124,7 ^o C; 2,25 atm

  27

  28 Kondensat 124,7 ^o C; 2,25 atm

  Neraca Panas Masuk: Q

  27 air ^{307 84 ,} _{298 15 ,} CpdT

  =N

  27 polikarbonat ^{307 84 ,} _{298 15 ,} CpdT

  27 piridin ^{307 84 ,} _{298 15 ,}

CpdT

• N
• N
• N

  in

• N
• N
• N
• N
• N
• – 2.345.311,7441 kJ/jam = 3.783.485,8968 kJ/jam
o

  

28

piridin x ∆H vL

  = 6.128.797,6409 kJ/jam

  out – Q in

  Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Q

  0,3399 x 579,2122 + 0,1464 x 33811401,0832 + 56,2622 x 2074,5595 + 565,2474 x 1878,9098 + 56,2622 x 128.029.861,4117+ 0,1464 x 8362,8329 + 565,2474 x 5671,8679 = 6.128.797,6409 kJ/jam

  =

  x ∆H vL

  28 air

  28 metilen x ∆H vL