desain alat untuk vacuum ejector pra
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Kapasitas produksi : 71.280 ton/tahun Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Waktu kerja pertahun : 330 hari Satuan operasi
: kg/jam
ton
1 tahun 1 hari 1.000 kg
Kapasitas tiap jam
7 1 . 280
tahun 330 hari 24 jam 1 ton
= 9.000 kg/jam
Asam laurat
Asam palmitat
Asam miristat
Asam stearat
EDTA Asam oleat
Asam palmitat
NaOH
NaCl
Asam stearat
Gliserin
Asam linoleat
Asam oleat Impuritis 1 Asam linoleat
Static Mixer I
Impuritis
Mix Joint I
Plate Exchanger I
Static Mixer II
Homogenizer I
Plate Exchanger II
12 Plug Flow Reactor
13 Homogenizer II
21 Cyclone Separator
19 Cyclone Separator
17 Vacuum Spray
Steam Ejector
II I Dryer
Mix Joint II
23 Anhydrous soap
NaOH NaCl Gliserin EDTA H 2 O Impuritis
Gambar LA.1 Neraca OverallPembuatan Soap Noodle
Universitas Sumatera Utara
PERHITUNGAN SECARA OVERALL
1. Degree of Freedom (Derajat Kebebasan)
NaOH
H NaCl
Gliserin EDTA
Asam palmitat
Asam stearat Asam oleat
1 Anhydrous soap
Asam linoleat NaOH Impuritis
23 NaCl
Gliserin Asam laurat
OVERALL
EDTA Asam miristat
2 22 H 2 O Asam palmitat
Impuritis Asam stearat
Asam oleat Asam linoleat Impuritis
Jumlah Variabel
34 Jumlah Neraca
Jumlah Spesifikasi - Komposisi
Hubungan pembantu
Konversi
Derajat Kebebasan
2. Perhitungan Neraca Overall Diketahui data: Reaksi:
H 2 O fatty acid natrium soap noodle
R-COH +
NaOH ↔ R-CONa
air
hidroksida
H 2 Omasuk total per umpan : 1879,65 kg/jam Komposisi stearin: Asam palmitat
Asam stearat
Asam oleat
Asam linoleat
Acid Value stearin
Komposisi PKO: Asam laurat
Asam miristat
Asam palmitat
Asam stearat
Asam oleat
Asam linoleat
Acid Value PKO
Perbandingan laju stearin terhadap PKO : 80% : 20% Komposisi NaOH: NaOH
H 2 O : 52%
Komposisi NaCl: NaCl
H 2 O : 80%
Komposisi EDTA: EDTA
H 2 O : 12,5%
EDTA
Konversi fatty acid
Perhitungan:
23 F = 9000 kg/jam
1 2 2 F = F = 4F
Acid valuerata-rata = 80% × 207,2 + 20% × 250,6 = 215,88
fatty acid
= 100% - 0,6% = 99,4%
fatty acid
= 100% - 0,2% = 99,8%
Neraca massa komponen: Impuritis:
1 2 23 0,6% F 23 + 0,2%F =W
impuritis F
2 2 23 23 0,006 × 4F + 0,002 F =W
impuritis F
2 23 23 0,026 F =W
impuritis F
23 W
impuritis =
Anhydrous soap:
= 100% - (0,02% + 0,5% + 0,45% + 12,5% + 0,15% + W 23
23 W
anhydrous soap
anhydrous soap
= 86,38% - W impuritis
23 23 W anhydrous soap ×F
23 (86,38% - W 23
impuritis )×F
(86,38% - 23 )×F = 4,974
0,8638F 23 -0,026
0,8638 × 9000 kg/jam - 0,026
7774,2 kg/jam - 0,026
1,084658824 7774,2 kg/jam
= 5,395092988 + 0,026 7774,2 kg/jam
= 5,421092988 = 1434,065052 kg/jam
1 F 2 =4F = 5736,260209 kg/jam
NaOH:
23 48% F = + 0,02% F
5 48%F = + 0,02% × 9000 kg/jam
5 48%F = 1097,954082 kg/jam + 1,8 kg/jam
5 48%F = 1099,754082 kg/jam
5 F = 2291,15433 kg/jam NaCl:
7 23 20% F = 0,5% F
7 23 F = F
7 F = 0,025 9000 kg/jam
7 F = 225 kg/jam Gliserin:
8 23 F = 0,45% F
8 F = 0,0045 × 9000 kg/jam
8 F = 40,5 kg/jam EDTA:
14 23 25% F = 0,15% F
14 23 F = F
14 F = 0,006 9000 kg/jam
14 F = 54 kg/jam
H 2 O:
5 6 7 14 52% F +F + 80% F + 75% F = 1879,65 kg/jam
6 0,52 2291,15433 kg/jam + F + 0,8 225 kg/jam + 0,75 54 kg/jam = 1670,8 kg/jam
F 6 + 1411,90025 kg/jam = 1879,65 kg/jam
F 6 = 467,74974 kg/jam
5 6 7 14 52% F 22 +F + 80% F + 75% F + =F + 12,5% F 23
22 1879,65 kg/jam + =F + 0,125 9000 kg/jam
2373,72933 kg/jam 22 =F + 1125 kg/jam
22 F = 1248,72933 kg/jam
1. Mix Joint-2
Anhydrous soap NaOH NaCl Gliserin EDTA H 2 O
Anhydrous soap
Anhydrous soap NaOH
Impuritis
18 NaOH NaCl
20 16 NaCl Gliserin
Gliserin EDTA
Mix Joint II
EDTA
23 H 2 O Impuritis
Anhydrous soap
Impuritis
NaOH NaCl Gliserin EDTA H 2 O Impuritis
Diketahui data: Yield:
H 2 O : 12,5%
EDTA
Perbandingan berat soap noodle pelet terhadap dust soap noodle = 97% : 3% Perbandingan berat dust soap noodle di cyclone separator I dan II = 2 : 1 Komposisi soap noodle pelet dan dust soap noodle sama
Perhitungan:
16 23 F = 97% F = 0,97 9000 kg/jam
= 8730 kg/jam
18 23 F = 3% F = 2% F 23
= 0,02 9000 kg/jam = 180 kg/jam
F 20 =
180 kg/jam = 90 kg/jam
Fraksi berat komponen:
anhydrous soap
= 86,38% - W impuritis = 0,8638 - 0,004142855 = 0,859657145
2. Steam Ejector(L-301)
Alat ini digunakan untuk menciptakan keadaan vakum dalam vacuum spray dryer. Prinsip kerja alat: Melalui prinsip Bernoullie yang mengubah energi tekanan fluida penggerak menjadi energi gerak sehingga tercipta zona tekanan rendah yang menarik fluida terhisap (Wikipedia, 2010a).
Steam Ejector
Perhitungan: Neraca massa total:
21 F 22 =F
= 1248,72933 kg/jam
3. Cyclone Separator-2(FG-302)
Alat ini digunakan untuk memisahkan debu-debu dari udara yang terhisap ke steam ejector. Prinsip kerja alat: Pemisahan terjadi akibat efek rotasi dan gravitasi. Efek rotasi dihasilkan dari udara berkecepatan tinggi dalam kontainer berbentuk silinder atau kerucut yang mengalir dalam bentuk spiral ke bawah kemudian keluar melalui pusat siklon dan keluar ke atas (Wikipedia, 2010b).
Anhydrous soap
NaOH 21 Cyclone Separator NaCl 19
II Gliserin
EDTA 20 H 2 O Impuritis
Anhydrous soap NaOH NaCl Gliserin EDTA H 2 O Impuritis
Perhitungan: Neraca massa total:
19 20 F 21 =F +F = 90 kg/jam + 1248,72933kg/jam
= 1338,72933kg/jam
Neraca massa komponen: Impuritis:
19 20 F 20
impuritis =W impuritis F
= 0,004142855 90 kg/jam = 0,372857 kg/jam
Anhydrous soap:
19 20 F 20
unhydrous soap
=W unhydrous soap F
= 0,859657145 90 kg/jam
= 77,369143 kg/jam
=W NaOH F
= 0,0002 90 kg/jam = 0,018 kg/jam
=W NaCl F
= 0,005 90 kg/jam = 0,45 kg/jam
=W Gliserin F
= 0,0045 90 kg/jam = 0,405 kg/jam
=W EDTA F
= 0,0015 90 kg/jam = 0,135 kg/jam
= 0,125 90 kg/jam + 1248,72933kg/jam = 1259,97933 kg/jam
4. Cyclone Separator-1 (FG-301)
Alat ini digunakan untuk memisahkan debu-debu dari udara yang terhisap ke steam ejector. Prinsip kerja alat: Pemisahan terjadi akibat efek rotasi dan gravitasi. Efek rotasi dihasilkan dari udara berkecepatan tinggi dalam kontainer berbentuk silinder atau kerucut yang mengalir dalam bentuk spiral ke bawah kemudian keluar melalui pusat siklon dan keluar ke atas (Wikipedia, 2010b).
Anhydrous soap Anhydrous soap NaOH
NaOH NaCl
17 NaCl Gliserin
19 Cyclone Separator
I Gliserin EDTA
Anhydrous soap
Impuritis
NaOH NaCl Gliserin EDTA H 2 O Impuritis
Perhitungan: Neraca massa total:
17 18 F 19 =F +F = 180 kg/jam + 1338,72933kg/jam
= 1518,72933 kg/jam
Neraca massa komponen: Impuritis:
17 18 18 F 19
impuritis =W impuritis F +F impuritis
= 0,004142855 180 kg/jam + 0,372857 kg/jam = 1,1185709 kg/jam
Anhydrous soap:
17 18 18 F 19
unhydrous soap
=W unhydrous soap F +F unhydrous soap = 0,859657145 180 kg/jam + 77,369143 kg/jam = 232,107429 kg/jam
=W NaOH F +F NaOH
= 0,0002 180 kg/jam + 0,018 kg/jam = 0,054 kg/jam
=W NaCl F +F NaCl
= 0,005 180 kg/jam + 0,45 kg/jam = 1,35 kg/jam
=W Gliserin F +F Gliserin
= 0,0045 180 kg/jam + 0,405 kg/jam = 1,215 kg/jam
=W EDTA F +F EDTA
= 0,0015 180 kg/jam + 0,135 kg/jam = 0,405 kg/jam
= 0,125 180 kg/jam + 1259,97933 kg/jam = 1282,47933 kg/jam
5. Vacuum Spray Dryer (D-301)
Alat ini digunakan untuk mengeringkan soap noodle yang dihasilkan. Prinsip kerja alat: Slurry yang akan dikeringkan disemprotkan melalui sebuah noozle sehingga terbentuk padatan dalam bentuk butiran (Wikipedia, 2010c).
Anhydrous soap NaOH NaCl Gliserin EDTA H 2 O Impuritis
Anhydrous soap
NaOH
NaCl
17 Vacuum Spray
Gliserin
Dryer
EDTA H 2 16 O Impuritis
Anhydrous soap NaOH NaCl Gliserin EDTA H 2 O Impuritis
Perhitungan: Neraca massa total:
15 16 F 17 =F +F = 8730 kg/jam + 1518,72933 kg/jam
= 10248,72933 kg/jam
Neraca massa komponen: Impuritis:
15 16 16 F 17
impuritis =W impuritis F +F impuritis
= 0,004142855 8730 kg/jam + 1,1185709 kg/jam = 37,28569 kg/jam
Anhydrous soap:
15 16 16 F 17
unhydrous soap
=W unhydrous soap F +F unhydrous soap = 0,859657145 8730 kg/jam + 232,107429 kg/jam = 7736,91430 kg/jam
=W NaOH F +F NaOH
= 0,0002 8730 kg/jam + 0,054 kg/jam = 1,8 kg/jam
=W NaCl F +F NaCl
= 0,005 8730 kg/jam + 1,35 kg/jam = 45 kg/jam
=W Gliserin F +F Gliserin
= 0,0045 8730 kg/jam + 1,215 kg/jam = 40,5 kg/jam
=W EDTA F +F EDTA
= 0,0015 8730 kg/jam + 0,405 kg/jam = 13,5 kg/jam
H 2 O:
15 16 16 F 17
H2O
=W H2O F +F H2O
= 0,125 8730 kg/jam + 1282,47933 kg/jam = 2373,72933 kg/jam
6. Homogenizer-2(M-202)
Alat ini digunakan untuk menyatukan dua fasa yang berbeda agar sefasa. Prinsip kerja alat: Dua campuran yang berbeda akan dicampurkan sehingga terbentuk menjadi satu campuran.
Anhydrous soap NaOH NaCl
EDTA Gliserin
Homogenizer II
H 2 O 15
Impuritis
Anhydrous soap NaOH NaCl Gliserin EDTA H 2 O Impuritis
Perhitungan: Neraca massa total:
13 14 F 15 +F =F
F 13 + 54 kg/jam
= 10248,72933 kg/jam
F 13 = 10194,72933 kg/jam
Neraca massa komponen: Impuritis:
13 F 15
impuritis =F impuritis
F 13
impuritis = 37,28569 kg/jam
Anhydrous soap:
13 F 15
unhydrous soap
=F unhydrous soap = 7736,91430 kg/jam
NaOH:
13 F 15
NaOH =F NaOH
= 1,8 kg/jam
=F NaCl
= 45 kg/jam
Gliserin:
13 F 15
Gliserin =F Gliserin = 40,5 kg/jam
=F EDTA
F 14
EDTA = 13,5 kg/jam
=F -F EDTA = 54 kg/jam -13,5 kg/jam = 40,5 kg/jam
13 14 F 15 H2O +F H2O =F H2O
13 F H2O +40,5 kg/jam = 2373,72933 kg/jam
F 13
H2O
= 2333,22933 kg/jam
7. Plug Flow Reactor (R-201)
Alat ini digunakan sebagai tempat berlangsungnya reaksi netralisasi. Prinsip kerja alat: Umpan yang masuk ke reaktor akan dilewatkan pada kecepatan tinggi sehingga turbulensi yang dihasilkan melalui aliran menghasilkan pencampuran dalam reaktor.
Asam laurat Asam miristat Asam palmitat
Anhydrous soap Asam stearat NaOH Asam oleat
NaCl Asam linoleat Gliserin NaOH H 2 O NaCl Impuritis Gliserin
Plug Flow Reactor
H 2 O Impuritis
Diketahui data: Reaksi:
R-COH +
NaOH ↔ R-CONa
fatty acid natrium soap noodle air
fatty acid =F asam laurat +F asam miristat +F asam palmitat +F asam
stearat +F asam oleat +F asam linoleat
F 13
anhydrous soap
= 7736,91430 kg/jam =
F 12
fatty acid
= 7133,0395 kg/jam
Neraca massa komponen: Impuritis:
12 F 13
impuritis =F impuritis = 37,28569 kg/jam
NaOH:
12 F 13
NaOH =F NaOH +
= 1,8 kg/jam + = 1099,75406 kg/jam
=F NaCl
= 45 kg/jam
Gliserin:
12 F 13
Gliserin =F Gliserin = 40,5 kg/jam
=F H2O - = 2333,22933 kg/jam -
= 1839,15 kg/jam
8. Homogenizer-1(M-201)
Alat ini digunakan untuk menyatukan dua fasa yang berbeda agar sefasa. Prinsip kerja alat: Dua campuran yang berbeda akan dicampurkan sehingga terbentuk menjadi satu campuran.
Asam laurat Asam miristat Asam palmitat
Asam stearat Asam oleat Asam linoleat Impuritis
4 NaOH
11 NaCl
Homogenizer I
Gliserin
H 2 O 12
Asam laurat Asam miristat Asam palmitat
Asam stearat Asam oleat Asam linoleat NaOH NaCl Gliserin H 2 O Impuritis
Perhitungan: Neraca massa komponen: Impuritis:
4 F 12
impuritis =F impuritis = 37,28569 kg/jam
NaOH:
11 F 12
NaOH =F NaOH
= 1099,75406 kg/jam
=F NaCl
= 45 kg/jam
Gliserin:
11 F 12
Gliserin =F Gliserin = 40,5 kg/jam
=F H2O = 1839,15 kg/jam
Neraca massa total:
11 F = 1099,7540 kg/jam + 45 kg/jam + 40,5 kg/jam + 1839,15 kg/jam
= 3024,404069 kg/jam
4 11 F 12 +F =F
F 11 = 10194,7293 kg/jam - F = 10194,7293 kg/jam - 3024,404069 kg/jam
= 7170,32526 kg/jam
9. Plate Exchanger-2 (E-102)
Alat ini digunakan untuk memanaskan campuran NaOH, NaCl, gliserin dan H 2 O. Prinsip kerja alat: Campuran yang masuk akan dipanaskan sewaktu melewati pelat-pelat bersamaan dengan steam dengan pola aliran berlawanan arah laluan tunggal susunan U.
NaOH NaCl Gliserin H 2 O
Gliserin Plate Exchanger II
Perhitungan: Neraca massa komponen: NaOH:
10 F 11
NaOH =F NaOH
= 1099,75406 kg/jam
=F NaCl
= 45 kg/jam
Gliserin:
10 F 11
Gliserin =F Gliserin = 40,5 kg/jam
=F H2O = 1839,15 kg/jam
10. Static Mixer-2 (M-102)
Alat ini digunakan untuk mencampur campuran NaOH, NaCl, gliserin dan H 2 O. Prinsip kerja alat: Campuran masuk melalui sekat-sekat yang memicu terjadinya pusaran sehingga terjadi pencampuran.
NaOH NaCl Gliserin H 2 O
9 Static Mixer
10 NaOH NaCl Gliserin
Perhitungan: Neraca massa komponen: NaOH:
9 F 10
NaOH
=F NaOH
= 1099,75406 kg/jam
=F NaCl = 45 kg/jam
Gliserin:
9 F 10
Gliserin =F Gliserin = 40,5 kg/jam
=F H2O = 1839,15 kg/jam
11. Mix Joint-1
Mix Joint I
9 NaOH
NaCl Gliserin
Perhitungan: Neraca massa komponen: NaOH:
NaOH
=F NaOH
= 1099,75406 kg/jam
NaCl:
NaCl
=F NaCl = 45 kg/jam
Gliserin:
Gliserin =F Gliserin = 40,5 kg/jam
6 0,52 2291,1543 kg/jam + F + 0,8 225 kg/jam = 1839,15 kg/jam
F 6 + 1371,4002 kg/jam = 1839,15 kg/jam
F 6 = 467,7497 kg/jam
12. Plate Exchanger-1 (E-101)
Alat ini digunakan untuk memanaskan campuran fatty acid. Prinsip kerja alat: Campuran yang masuk akan dipanaskan sewaktu melewati pelat-pelat bersamaan dengan steam dengan pola aliran berlawanan arah laluan tunggal susunan U.
Asam laurat Asam miristat Asam palmitat
Asam stearat Asam oleat Asam linoleat Impuritis
Plate Exchanger I
4 Asam laurat
Asam miristat Asam palmitat
Asam stearat Asam oleat Asam linoleat
Impuritis
Perhitungan: Neraca massa total:
=F = 7170,32526 kg/jam
13. Static Mixer-1 (M-101)
Alat ini digunakan untuk mencampur stearin dan PKO. Prinsip kerja alat: Stearin dan PKO diaduk secara mekanis.
Asam laurat Asam palmitat
Asam miristat Asam stearat
Asam palmitat Asam oleat
Mixer
Asam stearat Asam linoleat
Asam oleat Impuritis 3 Asam linoleat Impuritis
Asam laurat Asam miristat Asam palmitat
Asam stearat Asam oleat Asam linoleat
Impuritis
Perhitungan: Neraca massa komponen: Asam laurat:
asam palmitat
= 52,9% F = 0,529 1434,065052 kg/jam = 758,6204 kg/jam
Asam miristat:
asam miristat
= 15,6% F = 0,156 1434,065052 kg/jam = 223,7141 kg/jam
Asam palmitat:
asam palmitat
= 51,6% F + 12,5% F
= 0,516 5736,260209 kg/jam + 0,125 1434,065052 kg/jam
= 3139,1684 kg/jam
Asam stearat:
asam stearat
= 6,8% F + 3,8% F = 0,068 5736,260209 kg/jam + 0,038
1434,065052 kg/jam
= 444,56016 kg/jam
Asam oleat:
asam oleat
= 34,9% F + 13,3% F
= 0,349 5736,260209 kg/jam + 0,133 1434,065052 kg/jam
= 2192,6854 kg/jam
Asam linoleat:
asam linoleat
= 6,1% F + 1,7% F = 0,061 5736,260209 kg/jam + 0,017
1434,065052 kg/jam
= 374,2909 kg/jam
Impuritis:
impuritis
= 0,6% F + 0,2% F = 0,006 5736,260209 kg/jam + 0,002
1434,065052 kg/jam
= 37,2856 kg/jam
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI
Basis perhitungan
: 1 jam
Satuan operasi
: Joule/jam (J/jam)
Suhu referensi
: 30 °C (303,15 K)
Neraca energi ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: - Perhitungan panas yang masuk dan keluar
Q =H= Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi:
- Perhitungan panas reaksi: Q
= - Perhitungan panas penguapan Q
Perhitungan estimasi Cp L (J/mol.K) dengan menggunakan metode Chueh dan Swanson dengan rumus:
Ni ∆Cp i ∑ + 18,83m
Cp L =
i1 =
Dengan: Cp L = kapasitas panas cairan pada 293,15 K, J/mol K n
= jumlah gugus yang berbeda dalam senyawa Ni
= jumlah gugus i dalam senyawa ∆Cp i = nilai numerik kontribusi gugus i
m = jumlah gugus karbon yang membutuhkan kontribusi tambahan, yang mana merupakan gugus yang terikat oleh ikatan tunggal ke sebuah gugus karbon yang selanjutnya terikat ke gugus karbon yang ketiga oleh ikatan rangkap dua maupun rangkap tiga. Jika sebuah gugus karbon memenuhi kriteria ini dengan lebih dari dari satu cara, maka m harus ditambah satu untuk setiap cara, dan kontribusi tambahan m = jumlah gugus karbon yang membutuhkan kontribusi tambahan, yang mana merupakan gugus yang terikat oleh ikatan tunggal ke sebuah gugus karbon yang selanjutnya terikat ke gugus karbon yang ketiga oleh ikatan rangkap dua maupun rangkap tiga. Jika sebuah gugus karbon memenuhi kriteria ini dengan lebih dari dari satu cara, maka m harus ditambah satu untuk setiap cara, dan kontribusi tambahan
Gugus Harga -CH 3 36,82
Perhitungan estimasi C Ps (J/mol K) dengan menggunakan metode Hurst and Harrison dengan rumus:
Ni ∆E i ∑
Cp S =
i1 =
Dengan: Cp S = kapasitas panas solid pada suhu 298.15 K, J/mol K n
= jumlah unsur atom yang berbeda dalam senyawa Ni
= jumlah unsur atom i dalam senyawa ∆E i
= nilai numerik kontribusi unsur atom i
Nilai kontribusi elemen atomuntuk perhitungan dengan metodeHurst and Harrison dapat dilihat pada tabel di bawah ini. Tabel LB.2 Nilai Elemen Atom pada Perhitungan C p dengan metode Hurst and Harrison
Elemen atom
∆E
C 10,89
H 7,56 O
13,42 N
18,74 Na
26,19 (Perry, 1999)
Data nilai-nilai Cp sesuai literatur: Cp o
(Anonim, 2000a) Cp o
asam laurat = 2,15 J/g
C = 2.150 J/kg K
(Anonim, 2000b) Cp o
asam miristat = 2,26 J/g
C = 2.260 J/kg K
(Anonim, 2000c) Cp o
asam palmitat
= 2,73 J/g
C = 2.730 J/kg K
(Anonim, 2000d) Cp o
asam stearat = 2,30 J/g
C = 2.300 J/kg K
asam oleat = 2,046 J/g
(Anonim, 2000e) Cp copper = 5,44 + 0,001462T kal/mol.K
C = 2.046 J/kg K
(Perry, 1999) Cp iron = 4,13 + 0,00638T kal/mol.K
(Perry, 1999) Cp air = 4184 J/kg K Cp NaCl = 10,79 + 0,00420T kal/mol K
(Perry, 1999) = 772,3757057 + 0,3006467066T J/kg K
Cp o gliserin = 0,555 kal/g
C = 2.322,12 J/kg K (15
C = 283,15 K) (Perry, 1999)
Cp o gliserin = 0,576 kal/g
C = 305,15 K) (Perry, 1999) Cp o
C = 2.409,984 J/kg K (32
soap noodle = 0,6 kkal/kg
C = 2.510,4 J/kg K
Data nilai-nilai Cp yang dihitung:
1. Asam linoleat (CH 3 -(CH 2 ) 4 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-(CH 2 ) 7 -COOH, BM = 280,45): Cp asam linoleat = 1(-CH 3 ) + 12(-CH 2 -) + 4(-CH=) + 1(-COOH) + 10,46 + 3(18,83) = 1(36,82) + 12(30,38) +4(21,34) + 1(79,91)+ 10,46 + 3(18,83) = 633,6 J/mol K = 2.259,226244 J/kg K
(Metode Chueh dan Swanson)
2. NaOH (BM = 39,99711): Cp NaOH = 1Na + 1O + 1H = 26,19 + 13,42 + 7,56 = 47,17 J/mol K = 1.179,335207 J/kg K
(MetodeHurst and Harrison)
3. Gliserin: Cp gliserin = = 832,8252 + 5,168470588T J/kg K
4. EDTA (C 10 H 16 N 2 O 8 , BM =292,24): Cp EDTA = 10C + 16H + 2N + 8O = 10(10,89) + 16(7,56) + 2(18,74) + 8(13,42) = 374,7 J/mol K = 1.282,165344 J/kg K
(MetodeHurst and Harrison)
5. Impuritis: Diasumsikan impuritis mengandung 60% tembaga dan 40% besi (BM av = 60,482). Cp impuritis = 0,6Cp copper + 0,4Cp iron = 0,6(5,44 + 0,001462T) + 0,4(4,13 + 0,00638T) = 4,916 + 0,0034292T kal/mol K = 340,0771139 + 0, 2372238484T J/kg K
Panas yang dihasilkan dalam reaksi netralisasi: = 14 kal/mol asam lemak
= = 225,40796577 J/kg asam lemak
Steam yang digunakan adalah saturated steam pada tekanan gauge 2 bar. P sat = 200 kPa + 101,325 kPa = 301,325 kPa
Untuk P sat = 300 kPa, diperoleh data:
sat
T o = 133,54 C (Smith, 2001)
H liq = 561,429 kJ/kg (Smith, 2001)
H vap = 2.724,7 kJ/kg (Smith, 2001) λ
= 2.724,7 kJ/kg – 561,429 kJ/kg = 2.163,271 kJ/kg = 2.163.271 J/kg
Untuk P sat = 325 kPa, diperoleh data:
sat
T o = 136,29 C (Smith, 2001)
H liq = 573,197 kJ/kg (Smith, 2001)
H vap = 2.728,3 kJ/kg (Smith, 2001)
λ = 2.728,3 kJ/kg – 573,197 kJ/kg = 2.155,103 kJ/kg = 2.155.103 J/kg
Sehingga untuk steam pada P sat = 301,325 kPa: T sat =
o = 133,7 C λ – =
= 2.162.839,527 J/kg
1. Static Mixer-1 (M-101)
Asam palmitat Asam stearat Asam oleat Asam linoleat Impuritis
1 1atm, 60 o C Asam laurat Asam miristat
Static Mixer I
Asam palmitat
1atm, 30 o C Asam stearat Asam oleat
Asam linoleat 3 Impuritis
1atm Asam laurat
Asam miristat Asam palmitat
Asam stearat Asam oleat Asam linoleat
Impuritis
Perhitungan: Panas masuk:
in
=Q in +Q in
- o Alur 1 (T = 60 C = 333,15 K): Q in
= Tabel LB.3 Panas Masuk StaticMixer-1 pada Alur 1
Komponen
(kg/jam)
(J/jam)
(J/kg)
CH 3 -(CH 2 ) 14 -COOH
242.416.650,9543 CH 3 -(CH 2 ) 16 -COOH
26.914.532,9026 CH 3 -(CH 2 ) 14 -CH=CH-COOH
CH 3 -(CH 2 ) 4 -CH=CH-CH 2 -
23.715.902,5769 Impuritis
CH=CH-(CH 2 ) 7 -COOH
429.066,4048 Total
- o Alur 2 (T = 30 C = 303,15 K): Q in
= Tabel LB.4 Panas Masuk Static Mixer-1 pada Alur 2
Komponen
(kg/jam)
(J/jam)
(J/kg)
CH 3 -(CH 2 ) 10 -COOH
0 0 CH 3 -(CH 2 ) 12 -COOH
0 0 CH 3 -(CH 2 ) 14 -COOH
0 0 CH 3 -(CH 2 ) 16 -COOH
0 0 CH 3 -(CH 2 ) 14 -CH=CH-COOH
CH 3 -(CH 2 ) 4 -CH=CH-CH 2 -
0 0 Impuritis
CH=CH-(CH 2 ) 7 -COOH
Panas masuk total: Q in = 416.356.139,2661 J/jam + 0 J/jam = 416.356.139,2661 J/jam
Panas keluar: Q out =Q in
= 416.356.139,2661 J/jam Tabel LB.5Jumlah Nilai maStaticMixer-1 pada Alur 3 Komponen
ma
(J/jam K) CH 3 -(CH 2 ) 10 -COOH
(kg/jam) (J/kg K)
1.631.033,8873 CH 3 -(CH 2 ) 12 -COOH
505.593,9749 CH 3 -(CH 2 ) 14 -COOH
8.569.929,7309 CH 3 -(CH 2 ) 16 -COOH
1.022.488,3823 CH 3 -(CH 2 ) 14 -CH=CH- COOH
4.486.234,4615 CH 3 -(CH 2 ) 4 -CH=CH-
CH 2 -CH=CH-(CH 2 ) 7 -
COOH
845.608,0017 Impuritis
12.680,0103 Total
Tabel LB.6Jumlah Nilai mb StaticMixer-1 pada Alur 3 Komponen
mb (kg/jam) (J/jam
(J/jam K 2 ) K)
CH 3 -(CH 2 ) 10 -COOH
0 0 CH 3 -(CH 2 ) 12 -COOH
0 0 CH 3 -(CH 2 ) 14 -COOH
0 0 CH 3 -(CH 2 ) 16 -COOH
0 0 CH 3 -(CH 2 ) 14 -CH=CH-COOH
CH 3 -(CH 2 ) 4 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-(CH 2 ) 7 -
Suhu keluar pada alur 3: Q out =
= Dimana:
ma(T-303,15) = 17.073.568,4489 T – 17.073.568,4489 (303,15) = 17.073.568,4489 T –5.175.852.275,2951
2 2 2 mb(T 2 – 303,15 ) = 8,8450 T - 8,8450 (303,15 )
2 = 8,8450 T – 812.859,8869
Sehingga: Q out =
T = 327,5 K
2. Plate Exchanger-1(E-101)
Asam laurat Asam miristat Asam palmitat
Asam stearat Asam oleat Asam linoleat Impuritis
3 1atm 327,5 K
Saturated steam Plate Exchanger I 2 bar (g)
Kondensat
2 bar (g) 133,7 C 133,7 o C
4 1atm, 70 o C
Asam laurat Asam miristat Asam palmitat
Asam stearat Asam oleat Asam linoleat
Impuritis
Perhitungan: Panas masuk (T = 327,5 K):
Q in = Tabel LB.7 Panas Masuk Plate Exchanger-1
Komponen
(kg/jam)
(J/jam) CH 3 -(CH 2 ) 10 -COOH
(J/kg)
758,6204 52.421,3487 39.767.905,1906 CH 3 -(CH 2 ) 12 -COOH
223,7141 55.103,3712 12.327.403,7491 CH 3 -(CH 2 ) 14 -COOH
3139,1684 66.562,9218 208.952.220,8482 CH 3 -(CH 2 ) 16 -COOH
444,5602 56.078,6521 24.930.334,9021 CH 3 -(CH 2 ) 14 -CH=CH-COOH
CH 3 -(CH 2 ) 4 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-
(CH 2 ) 7 -COOH 374,2910 55.084,5055 20.617.633,4549 Impuritis
37,2857 10.115,6994 377.170,8471 Total
Panas keluar (T = 70 o C = 343,15 K): Q out =
Tabel LB.8 Panas Keluar Plate Exchanger-1 Komponen
(kg/jam)
(J/jam) CH 3 -(CH 2 ) 10 -COOH
(J/kg)
758,6204 86.000,0000 65.241.355,4919 CH 3 -(CH 2 ) 12 -COOH
223,7141 90.400,0000 20.223.758,9943 CH 3 -(CH 2 ) 14 -COOH
3139,1684 109.200,0000 342.797.189,2371 CH 3 -(CH 2 ) 16 -COOH
444,5602 92.000,0000 40.899.535,2932 CH 3 -(CH 2 ) 14 -CH=CH-COOH
CH 3 -(CH 2 ) 4 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-
(CH 2 ) 7 -COOH 374,2910 90.369,0497 33.824.320,0688 Impuritis
37,2857 16.669,4400 621.531,5958 Total
Panas yang dibutuhkan: Q
=Q out -Q in = 683.057.069,1409 J/jam – 416.356.139,2661 J/jam = 266.700.929,8748 J/jam
Massa saturated steam yang dibutuhkan: m
= 123,3105kg/jam
3. Plate Exchanger-2(E-102)
NaOH NaCl Gliserin H 2 O 10 1atm, 30 o C
Saturated steam Plate Exchanger II
133,7 o C 133,7 C
11 1atm, 70 o C
NaOH NaCl Gliserin
Perhitungan: Panas masuk (T = 30 o C = 303,15 K):
Q in = Tabel LB.9 Panas Masuk Plate Exchanger-2
Komponen
(kg/jam)
(J/jam) NaOH
(J/kg)
Panas keluar (T = 70 o C = 343,15 K): Q out =
Tabel LB.10 Panas Keluar Plate Exchanger-2 Komponen
(kg/jam)
(J/jam) NaOH
(J/kg)
Panas yang dibutuhkan: Q
=Q out -Q in = 365.299.331,8500 J/jam – 0 J/jam= 365.299.331,8500J/jam
Massa saturated steam yang dibutuhkan: m
=168,8980 kg/jam
4. Plug Flow Reactor(R-201)
Saturated
Asam laurat
steam
Asam miristat Asam palmitat
2 bar (g)
Asam stearat 133,7 C Anhydrous soap
NaOH Asam oleat
NaCl
Asam linoleat
1atm, 70 o C 2 bar, 120 o C NaOH Gliserin
Plug Flow Reactor
H NaCl
Impuritis Gliserin
2 bar (g)
133,7 o C
H 2 O Impuritis
Kondensat
Perhitungan: Panas masuk (T = 70 o C = 343,15 K):
Q in = Tabel LB.11 Panas Masuk Plug Flow Reactor
Komponen
(kg/jam)
(J/jam) CH 3 -(CH 2 ) 10 -COOH
(J/kg)
65.241.355,4919 CH 3 -(CH 2 ) 12 -COOH
20.223.758,9943 CH 3 -(CH 2 ) 14 -COOH
342.797.189,2371 CH 3 -(CH 2 ) 16 -COOH
40.899.535,2932 CH 3 -(CH 2 ) 14 -CH=CH-COOH
CH 3 -(CH 2 ) 4 -CH=CH-CH 2 -
33.824.320,0688 Impuritis
CH=CH-(CH 2 ) 7 -COOH
Panas reaksi (T = 120 o C = 393,15 K): Q reaksi =
12 =F
fatty acid
= = 1.607.843,9394 J/jam
Panas keluar (T = 120 o C = 393,15 K): Q out =
Tabel LB.12 Panas Keluar Plug Flow Reactor Komponen
(kg/jam)
(J/jam) Anhydrous soap
(J/kg)
Panas yang dibutuhkan: Q
=Q out –(Q in +Q reaksi ) = 2.641.404.215,6249 – (1.048.356.400,9910+ 1.607.843,9394) =1.591.439.970,6946J/jam
Massa saturated steam yang dibutuhkan: m
=735,8105 kg/jam
5. Homogenizer-2 (M-202)
Anhydrous soap NaOH NaCl
EDTA Gliserin
Homogenizer II
2 bar, 120 o C 1atm, 30 o C H 2 O
H 2 O 15
Impuritis
Anhydrous soap NaOH NaCl Gliserin EDTA H 2 O Impuritis
Perhitungan: Panas masuk:
13 Q 14
in
=Q in +Q in - o Alur 13 (T = 120 C = 393,15 K):
Q in = Tabel LB.13 Panas Masuk Homogenizer-2 pada Alur 13
Komponen
(kg/jam)
(J/jam) Anhydrous soap
(J/kg)
- o Alur 14 (T = 30 C = 303,15 K): Q in
= Tabel LB.14 Panas Masuk Homogenizer-2 pada Alur 14
Komponen
(kg/jam)
(J/jam)
(J/kg)
Panas masuk total: Q in = 2.641.404.215,6249 J/jam + 0 J/jam = 2.641.404.215,6249 J/jam
Panas keluar: Q out =Q in
= 2.641.404.215,6249 J/jam
Tabel LB.15Jumlah Nilai maHomogenizer-2 pada Alur 15 Komponen
ma
(J/jam K) Anhydrous soap
(kg/jam) (J/kg K)
Tabel LB.16Jumlah Nilai mbHomogenizer-2 pada Alur 15 Komponen
mb
(J/jam K) Anhydrous soap
(kg/jam) 2
(J/jam K )
Suhu keluar pada alur 15: Q out =
= Dimana:
ma(T-303,15) = 29.455.031,5756 T – 29.455.031,5756 (303,15) = 29.455.031,5756 T –8.929.292.822,1493
2 2 2 mb(T 2 – 303,15 ) = 231,6972T - 231,6972 (303,15 )
2 = 231,6972T – 21.292.956,1760
Sehingga: Q out =
T = 392,6 K
6. Vacuum Spray Dryer (D-301)
Anhydrous soap NaOH NaCl Gliserin EDTA H 2 O Impuritis
2 bar 15 392,6 K Anhydrous soap
NaOH Saturated
17 NaCl steam
Vacuum Spray
133,7 o C EDTA
2 bar (g)
H 2 O 133,7 o C 16 Impuritis
Kondensat 50 milibar
Anhydrous soap NaOH NaCl Gliserin EDTA H 2 O Impuritis
Perhitungan: Panas masuk (T = 392,6 K):
Q in =
Tabel LB.17 Panas Masuk Vacuum Spray Dryer Komponen
(kg/jam)
(J/jam) Anhydrous soap
(J/kg)
1.748.047.471,2366 NaOH
878.600.836,9835 NaCl
3.552.035,7192 Gliserin
9.594.471,9173 EDTA
Panas keluar:
16 Q 17
out
=Q out +Q out - Alur 16:
Q out = Untuk air, diketahui:
sat
T o = 30 C (P = 4,246 kPa) (Geankoplis, 2003)
T o = 33 C (P = 5,034 kPa) (Geankoplis, 2003) Titik didih air pada tekanan 50 milibar (5 kPa) adalah:
sat
T – P = 5 kPa = o = 32,9 C = 306,0 K
sat
Tabel LB.18 Panas Keluar Vacuum Spray Dryer pada Alur 16 Komponen
(kg/jam)
(J/jam) Anhydrous soap
(J/kg)
- Alur 17: Q out = Untuk saturated vapor, diketahui:
H saturated vapor = 2.556,3 kJ/kg (P = 4,246 kPa) (Geankoplis, 2003)
H saturated vapor = 2.561,7 kJ/kg (P = 5,034 kPa) (Geankoplis, 2003) Entalpi saturated vapor pada tekanan 50 milibar (5 kPa) adalah:
H – vap(P = 5 kPa) = = 2.556,53299492 kJ/kg = 2.556.532,99492 J/kg
sat
Untuk suhu 303,15 K (30 o C), diketahui:
H air = 125,79 kJ/kg = 125.790 J/kg (Geankoplis, 2003) Entalpi saturated vapor dengan suhu referensi 303,15 K adalah:
H sat
vap
= 2.556.532,99492 J/kg – 125.790 J/kg = 2.430.742,99492 J/kg
Sehingga untuk air dalam bentuk uap, perhitungan panas keluar menggunakan nilai entalpi: Q out = mH Massa air dalam bentuk uap pada alur 17 sama dengan massa uap air yang masuk ke steam ejector:
= 1.248,7293 kg/jam
= 1282,4793 kg/jam – 1.248,7293 kg/jam = 33,75 kg/jam
Tabel LB.19 Panas Keluar Vacuum Spray Dryer pada Alur 17 Komponen
(kg/jam)
(J/jam) Anhydrous soap
(J/kg)
H 2 O (liq)
H 2 O (g) 1.248,7293
Panas yang dibutuhkan: Q
=Q out –Q in
16 17 =Q out +Q out –Q in = (67.664.492,0848 + 3.037.432.790,7887)J/jam – 2.641.404.215,6249 J/jam =463.693.067,2486 J/jam
Massa saturated steam yang dibutuhkan:
=214,3909kg/jam
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN
1. Tangki Penyimpanan Stearin (T-101)
Fungsi : menyimpan stearin untuk kebutuhan selama 3 hari Bentuk
: silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C Jenis sambungan : Double welded butt joints Jumlah
: 1 unit
Data kondisi penyimpanan: Temperatur (T)
= 60 °C
Tekanan dalam (P)
= 1 atm = 14,696 psia Densitas stearin 3 (ρ) = 870 kg/m
(Lab. PT Nubika Jaya, 2010) Laju alir massa stearin (m)
= 5.736,2602 kg/jam Lama penyimpanan (n) = 3 hari
Faktor kelonggaran (fk)
Perbandingan diameter dengan tinggitangki (Di : H s )=4:5
Perhitungan:
a. Volume tangki
Volume larutan, V l =
3 = 474,7250 m
Volume tangki, Vt
3 = 545,9337 m 3 = 545,9337 m
(Perry,1999)
- Volume tangki (Vt) Vt = Vs + 2Vh ; Vh dianggap sangat kecil untuk tutup datar
545,9337 m 3 =
Di =8,2233 m = 323,7517 in
H s = 10,2791 m = 404,6892 in
c. Tebal shell tangki Tinggi larutan (h)
= 8,9383 m
Tekanan hidrostatik (Ph) = ρgh
3 2 = 870 kg/m 9,8 m/det 8,9383 m = 76.208,3537 Pa = 11,0532 psia
Maka, P desain = (1,15) P operasi = 1,15 ( 14,696 + 11,0532) = 29,6116 psia
Untuk bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C: - Allowable working stress (S) : 13.700 psia
(Couper, 2005) - Joint efficiency (E)
- Corossion allowance (C)
(Perry,1999) - Umur alat (n) : 10 tahun
: 0,002 in/tahun
(Brownell, 1959) =
= 0,4323 in Tebal shell standar yang digunakan = 7 /
16 in
(Brownell, 1959)
d. Tebal head Tebal head (dh) diambil sama dengan tebal shell, yaitu 7 /
16 in
Untuk tebal shell 7 /
16 in: 16 in:
16 in (Brownell, 1959) sf = 1½ -3½ in dipilih 1½ in
(Brownell, 1959)
7 Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = 5 /
16 +1 / 16 + 1½ = 3,25 in (0,0825 m) Tinggi total tangki = Hs + Hh = 10,2791 m + 0,0825 m = 10,3616 m
e. Insulasi Digunakan insulasi wool dengan spesifikasi: Tebal (t i )
= 1 in
Densitas wool (ρ) 3 = 110,5 kg/m (Geankoplis, 2003) Konduktivitas termal (k) = 0,036 W/m.K
(Geankoplis, 2003)
- Estimasi panas hilang tanpa insulasi: Suhu udara (T o
udara )
C = 303,15 K
Suhu permukaan (T o
C = 333,15 K
Beda suhu (ΔT) = 333,15 K – 303,15 K = 30 K Suhu rata-rata (T av )
= ½ (303,15 K + 333,15 K) = 318,15 K Perhitungan nilai koefisien konveksi udara (h o ) membutuhkan data berikut:
Untuk udara pada suhu 37,8 o C:
2 2 8 3 gβρ /μ = 1,12 10 /K.m (Geankoplis, 2003) N Pr = 0,705
(Geankoplis, 2003) Untuk udara pada suhu 65,6 o C:
2 2 8 3 gβρ /μ = 0,775 10 /K.m (Geankoplis, 2003) N Pr = 0,702
(Geankoplis, 2003) Pada suhu 318,15 K (45 o C):
2 gβρ 2 /μ =
=103.064.748,2014 /K.m 3 N Pr =
3 2 N 2 Gr =L (gβρ /μ )ΔT (Geankoplis, 2003)
3 3 = (10,2791 m) (103064748,2014 /K.m ) (30 K)
N 12
Pr
N Gr = 0,7042 (3,3581 10 )
12 = 2,36479 10 Untuk N 9
Pr
N Gr > 10 digunakan persamaan:
= 1,24 (ΔT) (Geankoplis, 2003)
= 1,24 (30) 2 = 3,8530 W/m .K Diameter, luas permukaan transfer panas dan suhu tangki luar:
D 1 = Di + 2t = 323,7517 in + 2 ( 7 /
16 in)
= 324,6267 in (8,2455 m)
A o = πD 1 L = 3,14 (8,2455 m) (10,2791 m)
2 = 266,2704 m Panas hilang tanpa insulasi:
Q =h o A o ΔT
2 2 = 3,8530 W/m .K (266,2704 m ) (30 K) = 30.778,1974 W
(Geankoplis, 2003) Q =
Konduktivitas termal Carbonsteel (k 1 ) = 45 W/m.K
T 1 = Ti -
= 333,15 K – = 333,1214 K
Diameter luar insulator:
D 2 =D 1 + 2t i = 324,6267 in + 2 (1 in) = 326,6267 in (8,2963 m)
- Panas hilang dengan insulasi: U =
2 = 1,0382 W/m .K
Q loss =UA o ΔT
2 2 = 1,0382 W/m .K (266,2704 m ) (333,1214 K - 303,15 K) = 8.285,5586 W
f. Sistem pemanas Untuk menggantikan panas yang hilang, tangki dilengkapi pengatur suhu dan koil pemanas yang menggunakan air kondensat dari berbagai unit operasi dengan spesifikasi: n
= 4 buah OD
= ½ in BWG
= 12 Bentuk
= U-tube Panjang = 20 ft
Suhu air = 133,7 o C
D estimasi = 40 – 75 Btu/h.ft . F (Kern, 1965)
A 2 o /L = 0,1309 ft /ft (Kern, 1965) - Massa air pemanas maksimum: Wmaks = 123,3105 + 168,8980 + 735,8105 + 214,3909
= 1.242,4009 kg/jam - Suhu keluar air pemanas: Q
= W Cp ΔT 8.285,5586 W = 1.242,4009 kg/jam (4.184 J/kg) (133,7 o C-T
out ) (1 jam/3.600 detik)
T o out = 128,0 C - Panas yang ditransfer heater:
Suhu stearin dianggap konstan = 60 o C
C = 68,0 C
C = 73,7 C
(ΔT) lm = (ΔT) lm =
A total = 2n(A o /L) L
2 = 2 (4) (0,1309 ft /ft) (20 ft)
2 2 = 20,944 ft (0,5927 m )
D diambil 40 Btu/h.ft .
F (227,132 W/m .K)
Q heater =U D A o ΔT
2 2 o = 227,132 W/m .K (0,5927 m ) (70,8118 C) = 9.532,7608 W
Q heater >Q loss maka sistem pemanas dengan spesifikasi di atas dapat diterima.
2. Tangki Penyimpanan PKO (T-102)
Fungsi : menyimpan PKO untuk kebutuhan selama 3 hari Bentuk
: silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C Jenis sambungan : Double welded butt joints Jumlah
: 1 unit
Data kondisi penyimpanan:
Temperatur (T)
= 30 °C
Tekanan (P)
= 1 atm = 14,696 psia
Densitas 3 PKO (ρ) =850kg/m (Lab. PT Nubika Jaya, 2010) Laju alir massa PKO (m)
= 1.434,0651kg/jam Lama penyimpanan (n) = 3 hari
Faktor kelonggaran (fk)
Perbandingan diameter dengan tinggitangki (Di : H s )=4:5
Perhitungan:
a. Volume larutan, V l =
3 = 121,4737 m
Volume tangki, Vt
3 = 139,6948 m
b. Diameter dan tinggi shell - Volume shell tangki (Vs)
(Perry,1999)
- Volume tangki (Vt) Vt = Vs + 2Vh ; Vh dianggap sangat kecil untuk tutup datar
139,6948 m 3 =
Di = 5,2207 m = 205,5380 in
H s = 6,5259 m = 256,9237 in
c. Tebal shell tangki Tinggi larutan (h)
= 5,6747 m
Tekanan hidrostatik (Ph) = ρgh
3 2 = 850 kg/m 9,8 m/det 5,6747 m = 47.270,2148 Pa = 6,8560 psia
Maka, P desain = (1,15) P operasi = 1,15 ( 14,696 + 6,8560) = 24,7848 psia
Untuk bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C: - Allowable working stress (S)
(Couper, 2005) - Joint efficiency (E)
: 13.700 psia
- Corossion allowance (C)
(Perry,1999) - Umur alat (n)
: 0,002 in/tahun
: 10 tahun
(Brownell, 1959) =
= 0,2390 in Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in
(Brownell, 1959)
d. Tebal head
Tebal head (dh) diambil sama dengan tebal shell, yaitu ¼ in Untuk tebal shell ¼ in:
icr = ¾ in (Brownell, 1959) sf = 1½ - 2½ in dipilih 1½ in
(Brownell, 1959) Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = ¼ + ¾ + 1½ = 2,5 in (0,0635 m) Tinggi total tangki = Hs + Hh = 6,5259 m + 0,0635 m = 6,5894 m
3. Tangki Penyimpanan NaOH (T-103)
Fungsi : menyimpan NaOH untuk kebutuhan selama 30 hari Bentuk
: silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C Jenis sambungan : Double welded butt joints Jumlah
: 3 unit
Data kondisi penyimpanan: Temperatur (T)
= 30 °C
Tekanan (P)
= 1 atm = 14,696 psia
Densitas NaOH 48% 3 (ρ) = 1.499,35 kg/m (Handymath, 2010) Laju alir massa NaOH (m)
= 2.291,1543kg/jam Lama penyimpanan (n) = 30 hari
Faktor kelonggaran (fk)
Perbandingan diameter dengan tinggitangki (Di : H s )=4:5
Perhitungan:
a. Volume larutan, V l =
3 = 1.100,2308 m
Volume tangki, Vt
3 = 440,0923 m
b. Diameter dan tinggi shell - Volume shell tangki (Vs)
(Perry,1999)
- Volume tangki (Vt) Vt = Vs + 2Vh ; Vh dianggap sangat kecil untuk tutup datar
440,0923 m 3 =
Di = 7,6533 m = 301,3099 in
H s = 9,5666 m = 376,6376 in
c. Tebal shell tangki Tinggi larutan (h)
= 7,9722 m
Tekanan hidrostatik (Ph) = ρgh
3 2 = 1.499,35 kg/m 9,8 m/det 7,9722m = 117.140,0673 Pa = 16,9897 psia
Maka, P desain = (1,2) P operasi = 1,2 ( 14,696 + 16,9897) = 38,0229 psia
Untuk bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C: - Allowable working stress (S)
(Couper, 2005) - Joint efficiency (E)
: 13.700 psia
- Corossion allowance (C)
(Perry,1999) - Umur alat (n)
: 0,002 in/tahun
: 10 tahun
(Brownell, 1959) =
= 0,5129 in Tebal shell standar yang digunakan = 5 /
8 in
d. Tebal head Tebal head (dh) diambil sama dengan tebal shell, yaitu 5 /
8 in
Untuk tebal shell 5 /
8 in: icr = 1 7 /
8 in sf = 1½ - 3½ in dipilih 1½ in
5 Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = 7 /
8 +1 / 8 + 1½ = 4 in (0,1016 m) Tinggi total tangki = Hs + Hh = 9,5666m + 0,1016 m = 9,6682 m
4. Tangki Penyimpanan NaCl (T-105)
Fungsi : menyimpan NaCl untuk kebutuhan selama 30 hari Bentuk
: silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup datar Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-240grade 304 Jenis sambungan : Double welded butt joints Jumlah
: 1 unit
Data kondisi penyimpanan: Temperatur (T)
= 30 °C
Tekanan (P)
= 1 atm = 14,696 psia
Densitas NaCl 20% 3 (ρ) = 1.142,85 kg/m (Anonim, 2009b) Laju alir massa NaCl (m)
= 225kg/jam Lama penyimpanan (n) = 30 hari
Faktor kelonggaran (fk)
Perbandingan diameter dengan tinggitangki (Di : H s )=4:5
Perhitungan:
a. Volume larutan, V l =
3 = 141,7509 m
Volume tangki, Vt
3 = 163,0135 m
b. Diameter dan tinggi shell - Volume shell tangki (Vs)
(Perry,1999)
- Volume tangki (Vt) Vt = Vs + 2Vh ; Vh dianggap sangat kecil untuk tutup datar
163,0135 m 3 =
Di = 5,4964 m = 216,3914 in
H s = 6,8704 m = 270,4892 in
c. Tebal shell tangki Tinggi larutan (h)
= 5,9743 m
Tekanan hidrostatik (Ph) = ρgh
3 2 = 1.142,85 kg/m 9,8 m/det 5,9743 m = 66.911,6989 Pa = 9,7047 psia
Maka, P desain = (1,15) P operasi = 1,15 ( 14,696 + 9,7047 ) = 28,0608 psia
Untuk bahan konstruksi Stainless Steel SA-240grade 304: - Allowable working stress (S)
(Couper, 2005) - Joint efficiency (E)
: 18.700 psia
- Corossion allowance (C)
(Perry,1999) - Umur alat (n)
: 0,002 in/tahun
: 10 tahun
(Brownell, 1959) =
= 0,2112 in Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in
d. Tebal head Tebal head (dh) diambil sama dengan tebal shell, yaitu ¼ in Untuk tebal shell¼ in: icr = ¾ in sf = 1½ - 2½ in dipilih 1½ in Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = ¼ + ¾ + 1½ = 2,5 in (0,0635 m) Tinggi total tangki = Hs + Hh = 6,8704m + 0,0635 m = 6,9339 m
5. Tangki Penyimpanan Gliserin (T-106)
Fungsi : menyimpan gliserin untuk kebutuhan selama 30 hari Bentuk
: silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C Jenis sambungan : Double welded butt joints Jumlah
: 1 unit
Data kondisi penyimpanan: Temperatur (T)
= 30 °C
Tekanan (P)
= 1 atm = 14,696 psia
Densitas gliserin 3 (ρ) = 1.254,95 kg/m (Perry, 1999) Laju alir massa gliserin (m)
= 40,5kg/jam Lama penyimpanan (n) = 30 hari
Faktor kelonggaran (fk)
Perbandingan diameter dengan tinggitangki (Di : H s )=4:5
Perhitungan:
a. Volume larutan, V l =
3 = 23,2360 m
Volume tangki, Vt
3 = 26,7214 m
b. Diameter dan tinggi shell - Volume shell tangki (Vs)
(Perry,1999)
- Volume tangki (Vt) Vt = Vs + 2Vh ; Vh dianggap sangat kecil untuk tutup datar
26,7214 m 3 =
Di = 3,0081 m = 118,4290 in
H s = 3,7601 m = 148,0350 in
c. Tebal shell tangki
Tinggi larutan (h)
= 3,2696 m
Tekanan hidrostatik (Ph) = ρgh
3 2 = 1.254,95 kg/m 9,8 m/det 3,2696m = 40.211,5690 Pa = 5,8322 psia
Maka, P desain = (1,15) P operasi = 1,15 ( 14,696 + 5,8322) = 23,6074 psia
Untuk bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C: - Allowable working stress (S)
(Couper, 2005) - Joint efficiency (E)
: 13700 psia
- Corossion allowance (C)
(Perry,1999) - Umur alat (n)
: 0,002 in/tahun
: 10 tahun
(Brownell, 1959) =
= 0,1402 in Tebal shell standar yang digunakan = 3 /
16 in
d. Tebal head Tebal head (dh) diambil sama dengan tebal shell, yaitu 3 /
16 in
Untuk tebal shell 3 /
16 in:
icr = 9 /
16 in sf = 1½ - 2 in dipilih 1½ in
3 Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = 9 /
16 + / 16 + 1½ = 2,25 in (0,0571 m) Tinggi total tangki = Hs + Hh = 3,7601m + 0,0571 m = 3,8172 m
6. Tangki Penyimpanan EDTA (T-107)
Fungsi : menyimpan EDTA untuk kebutuhan selama 30 hari Bentuk
: silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup datar Bahan konstruksi : StainlessSteel SA-240grade 304 Jenis sambungan : Double welded butt joints Jumlah
: 1 unit
Data kondisi penyimpanan:
Temperatur (T)
= 30 °C
Tekanan (P)
= 1 atm = 14,696 psia
Densitas EDTA 3 (ρ) = 860 kg/m (Perry, 1999) Laju alir massa EDTA (m)
= 54kg/jam Lama penyimpanan (n) = 30 hari
Faktor kelonggaran (fk)
Perbandingan diameter dengan tinggitangki (Di : H s )=4:5
Perhitungan:
a. 3 Densitas EDTA 25% = = 957,8987 kg/m
Volume larutan, V l =
3 = 40,5888 m
Volume tangki, Vt
3 = 46,6772 m
b. Diameter dan tinggi shell - Volume shell tangki (Vs)
(Perry,1999)
- Volume tangki (Vt) Vt = Vs + 2Vh ; Vh dianggap sangat kecil untuk tutup datar
46,6772 m 3 =
Di = 3,6227 m = 142,6260 in
H s = 4,5284 m = 178,2830 in
c. Tebal shell tangki Tinggi larutan (h)
= 3,9377 m
Tekanan hidrostatik (Ph) = ρgh
3 2 = 957,8987 kg/m 9,8 m/det 3,9377 m
= 36.965,1698 Pa = 5,3613 psia Maka, P desain = (1,15) P operasi = 1,15 ( 14,696 + 5,3613) = 23,0659 psia
Untuk bahan konstruksi Stainless Steel SA-240grade 304: - Allowable working stress (S)
(Couper, 2005) - Joint efficiency (E)
: 18.700 psia
- Corossion allowance (C)
(Perry,1999) - Umur alat (n)
: 0,002 in/tahun
: 10 tahun
(Brownell, 1959) =
= 0,1236 in Tebal shell standar yang digunakan = 3 /
16 in
d. Tebal head Tebal head (dh) diambil sama dengan tebal shell, yaitu 3 /
16 in
Untuk tebal shell 3 /
16 in:
icr = 9 /
16 in sf = 1½ - 2 in dipilih 1½ in
3 Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = 9 /
16 + / 16 + 1½ = 2,25 in (0,0571 m) Tinggi total tangki = Hs + Hh = 4,5284m + 0,0571 m = 4,5855 m
7. Static Mixer-1 (M-101)
Fungsi : mencampur palm oil stearin dan palm kernel oil Bentuk
: pipa silinder dengan modifikasi penambahan sekat Bahan konstruksi : Commercial Steel
Data kondisi operasi:
Temperatur
= 327,5 K (54,4 °C)
Tekanan
= 1 atm = 14,696 psia
Laju alir massa stearin (m)
= 5.736,2602 kg/jam
Laju alir massa PKO (m)
= 1.434,0651kg/jam
Data stearin dan PKO: Tabel LC.1 Densitas dan Viskositas Stearin dan PKO
Komponen Fraksi
ρ i (kg/m3)
μ i (cP)
55 °C 54,4 °C Stearin
(Anonim, 2010; Burdick, 2010)
Perhitungan:
a. 3 Densitas campuran(ρ
= 877,0871 kg/m
b. Viskositas campuran (μ m ) (Perry,1999)
1/3 μ 3 m = [0,8 (20,3462) + 0,2 (16,2676) ] = 19,4815 cP = 0,0195 Pa.s
c. Fraksi Volume (Cv) - Laju alir volumetrik stearin (Q stearin )
Q stearin = massa stearin/ ρ stearin
3 = 5.736,2602 kg/jam / 872,9067 kg/m
3 = 6,5714 m /jam - Laju alir volumetrik PKO (Q PKO )
Q PKO = massa PKO /ρ PKO
3 = 1.434,0651kg/jam / 894,2171 kg/m
3 = 1,6037 m /jam Cv
d. Coefficient of Variation reduction (CoV R ) CoV 0 =
(Paul, 2004)
Pencampuran dianggap sudah homogeny bila CoV = 0,05 CoV R = CoV/CoV 0 (Paul, 2004) = 0,05/2,0243 = 0,0247
e. Diameter pipa (Di) Untuk cairan, kecepatan yang direkomendasikan adalah antara 2 m/s – 3 m/s.
Q total =Q PKO +Q Stearin
3 3 = 1,6037 m /jam+ 6,5714 m /jam
3 = 8,1751 m /jam Q total =
8,1751 m 3 /jam =
Di = 0,0340 m = 34,0079 mm Digunakan pipa standar 1¼ in BWG 40. Diperoleh data: Di = 35,05 mm = 0,03505 m
(Geankoplis, 2003)
A = 9,648 10 2 m (Geankoplis, 2003) Kecepatan fluida, v = =
= 2,3537 m/s
f. Bilangan Reynolds N Re =
(Geankoplis, 2003) =
= 3.710,6450 (transisi) Untuk commercial steel, diperoleh equivalent roughness -5 (ε) = 4,6 10 m
(Geankoplis, 2003). = 0,0013
g. Fanning friction factor
f = 0,44 0,094(ε/D) + 0,53 (ε/D) +88(ε/D) (Couper, 2005)
h. Tipe static mixer Karena N Re lebih dekat ke N Re aliran turbulen (4000), digunakan: Tipe element
: SMV (Corrugated Plate)
Koefisien pencampuran (KT) = 100 – 200 (diambil rata-rata: 150) Koefisien pressure drop (KiT) = 0,21 – 0,46 (diambil rata-rata: 0,335)
g. Jumlah elemen CoV L/D
R = Ki (Couper, 2005) L/D
= 3,3841 Untuk elemen dengan L/D = 1, jumlah elemen yang diperlukan hanya 3 elemen karena pencampuran juga terjadi di sepanjang pipa.
h. Penurunan tekanan ΔP
= KT.ΔP pipe (Paul, 2004) ΔP pipe =fρ
(Couper, 2005)
3 2 = 0,0418 (877,0871 kg/m ) (3) (2,3537 m/s) /2 = 304,6579 Pa
ΔP
= 150 (304,6579 Pa) = 45.698,6887 Pa (dapat diterima)
8. Static Mixer-2 (M-102)
Fungsi : mencampur NaOH, NaCl, gliserin dan H 2 O. Bentuk
: pipa silinder dengan modifikasi penambahan sekat Bahan konstruksi : commercial pipe steel
Data kondisi operasi:
= 1 atm = 14,696 psia
Laju alir massa campuran (m) = 2.688,3592 kg/jam
Data komponen: Tabel LC.2 Fraksi dan Massa Komponen Masuk Static Mixer-2 (S-102)
Massa (kg/jam) NaOH
Komponen
Fraksi
digunakan larutan NaOH sebagai acuan perhitungan densitas dan viskositas. Komponen yang digunakan sebagai parameter pencampuran adalah gliserin yang merupakan komponen dengan jumlah fraksi terkecil.
% NaOH = =
= 37,4206 % Densitas NaOH 37,4206% pada 30 °C= 1397,53 kg/m 3
(Handymath, 2010) Densitas gliserin pada 30 °C= 1.254,95 kg/m 3 (Perry, 1999)
= 1.395,4070 kg/m
b. Viskositas campuran (μ m ) Viskositas larutan NaOH 35% pada 30 °C = 13,4 cP
(Anonim, 2004) Viskositas larutan NaOH 40% pada 30 °C = 21,8 cP
(Anonim, 2004)
μ NaOH (37,4206%) = 13,4 + (21,8 – 13,4)/(40-35) (37,4206 – 35) = 17,7335 cP Viskositas gliserin pada 30 °C = 612 cP
(Anonim, 2011c) Untuk cairan non organik, (Perry,1999) μ m = exp [(1 – 0,0134) ln(17,7335 cP) + 0,0134 ln(612 cP)] = 18,5947 cP = 0,0186 Pa.s
c. Fraksi Volume (Cv)
- Laju alir volumetrik larutan non gliserin (Q A )
Q A = (massa total – massa gliserin) /ρ NaOH
3 = (3.024,4041 kg/jam – 40,05 kg/jam)/ 1.397,53 kg/m
3 = 2,1354 m /jam
- Laju alir volumetrik gliserin (Q B )
Q B = massa gliserin /ρ gliserin
3 = 40,05kg/jam / 1.254,95 kg/m
3 = 0,0319 m /jam Cv
d. Coefficient of Variation reduction (CoV R ) CoV 0 =
(Paul, 2004)
CoV 0 = = 8,1318
Pencampuran dianggap sudah homogeny bila CoV = 0,05 CoV R = CoV/CoV 0 (Paul, 2004) CoV R = 0,05/8,1318 = 0,0061
e. Diameter pipa (Di) Untuk cairan, kecepatan yang direkomendasikan adalah antara 2 m/s – 3 m/s.
Q total =Q A +Q B
3 3 = 2,1354 m /jam+ 0,0319 m /jam
3 = 2,1673 m /jam Q total =
2,1673 m 3 /jam =
Di = 0,0175 m = 17,5103 mm Digunakan pipa standar ¾ in BWG 80. Diperoleh data: Di = 18,85 mm = 0,0188 m
(Geankoplis, 2003)
A = 2,791 10 2 m (Geankoplis, 2003) Kecepatan fluida, v = =
= 2,1570 m/s
f. Bilangan Reynolds N Re =
(Geankoplis, 2003)
= = 3.042,2573 (transisi) Untuk commercial steel, diperoleh equivalent roughness -5 (ε) = 4,6 10 m
(Geankoplis, 2003). = 0,0024
g. Fanning friction factor
f = 0,44 0,094(ε/D) + 0,53 (ε/D) +88(ε/D) (Couper, 2005)
h. Tipe static mixer Karena N Re lebih dekat ke N Re aliran laminar (2300), digunakan: Tipe element
: SMX (Cross Bar)
Koefisien pencampuran (KL)
Koefisien pressure drop (KiL) = 0,63
i. Jumlah elemen CoV L/D
R = Ki (Couper, 2005) L/D
= 11,0203 Untuk elemen dengan L/D = 1, jumlah elemen yang diperlukan hanya 11 elemen karena pencampuran juga terjadi di sepanjang pipa. j. Penurunan tekanan ΔP
= KL.ΔP pipe (Paul, 2004) ΔP pipe =fρ
(Couper, 2005)
3 2 = 0,0444 (1.395,4070 kg/m ) (11) (2,1570 m/s) /2 = 1.585,4292 Pa
ΔP
= 37,5 (1.585,4292 Pa) = 59.453,5942 Pa (dapat diterima)
9. Plate Exchanger-1 (E-101)
Fungsi
: memanaskan campuran asam lemak
Bentuk : balok berisi pelat-pelat tipis yang tersusun vertikal
Bahan konstruksi : CarbonSteel SA-285 grade C Susunan pelat
: susunan 2 pass – 1 pass dengan aliran berlawanan arah Jumlah
: 1 unit
Data kondisi operasi: Spacing
= 3 mm
Diameter ekuivalen (De)
= 6 mm = 0,006 m
Tebal pelat
= 0,7 mm = 0,0007 m
Lebar pelat (W)
= 15 cm = 0,15 m
Perpindahan panas (Q)
= 266.700.929,8748 J/jam
Perbandingan massa stearin dan PKO = 4 : 1 Fluida dingin: Massa
= 7.170,3253 kg/jam
Suhumasuk (Tin)
= 54,4 °C
Suhukeluar (Tout) = 70 °C
Kecepatan (Vc) = 0,25 m/s
Jumlah Pass
Faktor Fouling (Rc) = 0,0002 – 0,00005 (diambil 0,0001) Fluida panas: Massa
= 123,3105 kg/jam
Suhumasuk/keluar (Ts) = 133,7 °C Tekanan (P)
= 2 bar (g)
Jumlah Pass
Faktor Fouling (Rs)
Perhitungan:
a. Log Mean Temperature Difference (LMTD), ΔTc dan Tc av ΔT1
= Ts – Tout = 133,7 °C – 70 °C = 63,7 °C ΔT2
= Ts – Tin = 133,7 °C – 54,4 °C = 79,3 °C LMTD
= 71,2 °C
ΔTc = Tout – Tin = 70 °C – 54,4 °C = 15,6 °C Tc av = (Tout + Tin)/2 = (70 °C + 54,4 °C)/2 = 62,2 °C
Data Komponen dan Bahan Tabel LC.3 Data Komponen dan Bahan dalam Plate Exchanger-1 (PE-101)
(W/m.K) Stearin
( 3 C) (kg/m )
(cP/mPa.s)
0,1520 Stearin + PKO
0,1636 Carbon Steel
45 (Anonim, 2010; Applewhite, 1994; Burdick, 2010; Obetta, 1964; Geankoplis, 2003;
Perry, 1999; Poling, 2001)
b. Jumlah unit transfer N H = ΔTc/LMTD = 15,6 °C/ 71,2 °C = 0,2193
(Sinnot, 2005) Diperoleh faktor koreksi LMTD, Fg = 0,99
(Sinnot, 2005)
c. Jumlah saluran
A = w.spacing = 0,15 m (0,003 m) = 0,00045 m 2 N =
= = 20,28 ≈ 21 Untuk 2 pass:
N = 2 N = 2 21 = 42 Jumlah saluran total (n) = 2 N = 2 42 = 84 Jumlah pelat
= n + 1 = 84 + 1 = 85
Fluida Dingin
d. Bilangan Reynolds N Re =
(Geankoplis, 2003)
e. Koefisien konveksi Cp =
= 2.382,2547 J/kg.°C
Nu = 0,37(N 0,34 Re ) (N Pr ) (McCabe, 2010)
hc = Nu.k/De = 43,5513 (0,1636 W/m.K)/0,006 m = 1.187,4250 W/m 2 .K
f. Koefisien perpindahan panas Estimasi: hs = 1.680 W/m 2 .K
= 631,7311 W/m 2 .K
g. Tinggi pelat m.Cp.dT
= U.A.Fg.LMTD
ρc.Vc.w.De.Cp.ΔTc
= U.2.w.L.Fg.LMTD
= 0,2734 m Untuk 2 pass, L = ½ (0,2734 m) = 0,1483 m
h. Pressure drop
fc = 2,5 N -0,3
Re
ΔP = 2f[L/De]ρv 2
2 = 2 (0,6563) (0,2734/0,006) (873,0011) (0,25) = 3.263,7014 Pa
Fluida Panas (Steam)
i. Suhu dinding Tw = Tc av +
(Ts – Tc av )
= 62,2 °C + (133,7 °C – 62,2 °C) = 104,1 °C
T ref = (Tw + Ts)/2 = (104,1 °C + 133,7 °C)/2 = 118,9 °C Data Air dan Steam Tabel LC.4 Data Air dan Steam dalam Plate Exchanger-1 (PE-101)
(W/m.K) Air
( 3 C) (kg/m )
(cP/mPa.s)