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)