Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Potassium Ammonium Polyphosphate dari Ammonium Phosphate dan Potassium Phosphate dengan Kapasitas Produksi 300.000 Ton/ Tahun

  

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

  Waktu operasi : 330 hari / tahun ; 24 jam / hari Basis perhitungan : 1 jam operasi Satuan operasi : kilogram (kg) Bahan baku : - Ammonium Phosphate (AP)

• Potassium Phosphate (PP) Produk akhir : Potassium Ammonium Polyphosphate (PAP) Kapasitas Produksi : 300.000 ton/tahun : 37878,7879 kg/jam Tabel A.1 Berat Molekul Senyawa-Senyawa Kimia

  

No. Senyawa Rumus molekul BM (kg/kmol)

  1. Ammonium Phosphate NH H PO 115,0259

  4

  2

  4

  2. Potassium Phosphate KH PO 136,0893

  2

  4 3.

  [KNH (PO ) ] 1720,6766

  Potassium Ammonium Polyphosphate

  4

  3

  2

  8

  4. Air H O 18,0153

  2 Keterangan:

  F = Laju alir massa (kg/jam) N = Laju alir mol (kmol/jam)

  A.1 Tangki Pencampur (M-101)

  Air

  3

  1

  5 Tangki Pencampur AP AP

  (M-101)

  Air

  1

  = 22283,0755 kg/jam

  F AP

  Kelarutan ammonium phosphate di dalam air = 20 gr/100 gr air (Sciencelab, 2012)

  3

  1

  = 100/20 ×

  F F Air AP

  = 11415,3777 kg/jam Neraca Massa Komponen:

  3

5 Air : =

  F F Air Air

  5

  = 111415,3777 kg/jam

  F Air

  1

5 AP : =

  F F AP AP

  5

  = 22283,0755 kg/jam

  F AP

  Neraca Massa Total :

  1

  3

  5

7 F +F = F = F

  5

  7

  22283,0755 + 111415,3777 = F = F

  5

7 F = F = 133698,4533 kg/jam

  Tabel A.2 Neraca Massa Tangki Pencampur (M-101)

  Alur Komponen Masuk (kg/jam ) Keluar (kg/jam)

  1

  3

  5

  22283,0755

• NH H PO

  22283,0755

  4

  2

  4

  111415,3777

• H O

  111415,3777

  2

  133698,4533 133698,4533 Total

  A.2 Tangki Pencampur (M-102)

  Air

  4

  2

  6 Tangki Pencampur PP PP

  (M-102)

  Air

  2

  = 23966,8406 kg/jam

  F PP

  Kelarutan potassium phosphate di dalam air = 22 gr/100 gr air (Sciencelab, 2012)

  4

  2

  = 100/22 ×

  F F Air PP

  Maka dipilih = 108940,1846 kg/jam

  Neraca Massa Komponen:

  4

  6 Air : = F F

  Air Air

  6

  = 108940,1846 kg/jam

  F Air

  2

  6 PP : = F F PP PP

  6

  = 23966,8406 kg/jam

  F PP

  Neraca Massa Total :

  2

  4

  6

8 F + F = F = F

  6

  8

  23966,8406 + 108940,1846 = F = F

  6

8 F = F = 132907,0252 kg/jam

  Tabel A.3 Neraca Massa Tangki Pencampur (M-102)

  Alur Komponen Masuk (kg/jam ) Keluar (kg/jam)

  2

  4

  6

  23966,8406 KH PO

  23966,8406 -

  2

  4

  108940,1846 108940,1846

• H O

  2

  132907,0252 132907,0252 Total

  A.3 Reaktor (R-101)

  Dalam reaktor ini terjadi reaksi pembentukan Potassium Ammonium Polyphosphate (PAP) dan Air.

  AP

  9 PAP Air

  11 Reaktor (R-101) AP PP

  10 Air Air

  Reaksi yang terjadi di dalam reaktor :

  8 NH H PO + 8 KH PO (PO ) ] + 16 H O

  4 2 4(l) 2 4(l) → [KNH

  4

  3 2 8(l) 2 (l)

  23966,8406 kg massa PP

  10

  = 176,1111 kmol

  N PP

  Mr PP 136,0893 kg/kmol

  1 176,1111

  10

  r = konversi × = 22,0139 kmol/jam

  1 N PP

8 AP dibuat berlebih sekitar 10 % dari mol yang bereaksi, sehingga:

  N = N + 0,1(N ) = 176,1111 + 0,1 (176,1111)

  AP mula-mula AP bereaksi AP bereaksi

  = 193,7222 kmol Reaksi

  8 NH H PO + 8 KH PO (PO ) ] + 16 H O

  4 2 4(l) 2 4(l) → [KNH

  4

  3 2 8(l) 2 (l)

• Mula-mula 193,7222 176,1111 - Bereaksi 176,1111 176,1111 22,0139 293,5186 Sisa 17,6111 22,0139 352,2223

  Neraca Massa Komponen :

  9

  9 AP : = × Mr = 193,7222 × 115,0259 = 22283,0755 kg/jam N F AP AP

  11

  11

  = × Mr = 17,6111 × 115,0259 = 2025,7341 kg/jam

  N F AP AP

  10

  10 PP : = × Mr = 176,1111 × 136,0893 = 23966,8406 kg/jam F N PP PP

  11

  11 PAP : = × Mr = 22,0139 × 1720,6766 = 37878,7879 kg/jam F N PAP PAP

  9

  5 Air : = = 111415,3777 kg/jam F F

  Air Air

  10

  6

  = = 108940,1846 kg/jam

  F F Air Air

  11

  11

  = × Mr = 352,2223 × 18,0153 = 226700,9521 kg/jam

  F N Air Air

  Alur 9:

  9

• 9

  9 F = = 22283,0755 + 111415,3777 = 132907,0252 kg/jam F F

  AP Air

  Alur 10:

  10

• 10

  10 F = = 23966,8406 + 108940,1846 = 132907,0252 kg/jam F F

  PP Air

  Alur 11:

  11

  11

  11

  11 F = = 2025,7341 + 37878,7879 + 226700,9521 = 266605,4741 + + F F F

  AP PAP Air

  kg/jam Neraca Massa Total :

  9

  10

  11 F + F = F

  11

  132907,0252 + 132907,0252 = F

  11 F = 266605,4741 kg/jam

  Tabel A.4 Neraca Massa Reaktor (R-101)

  Alur Masuk (kg/jam ) Keluar (kg/jam) Komponen

  11

  9

  10

  22283,0755 2025,7341

• NH H PO

  4

  2

  4

• 23966,8406
• KH PO

  2

  4

  37878,7879

• [KNH (PO ) ]

  4

  3

  2

  8

  226700,9521 H O 132907,0252 132907,0252

  2

  266605,4741 266605,4741 Total

  A.4 Evaporator (FE-101)

  Alat ini digunakan untuk menguapkan sebagian air yang terdapat dalam Potassium Ammonium Polyphosphate yang berasal dari reaktor. Efisiensi = 90 %

  13 Air

  11

  12 Evaporator

(FE-101)

PAP PAP AP AP

  Air Air

  Neraca Massa Komponen :

  12

  11 AP : F = F = 2025,7341 kg/jam AP AP

  12

  11 PAP : = = 37878,7879 kg/jam F F PAP PAP

  13

  11 Air : = 0,9 × = 0,9 × 226700,9521 kg/jam = 204030,8569 kg/jam F F

  Air Air

  12

  11

  = 0,1 × = 0,1 × 226700,9521 kg/jam = 22670,0952 kg/jam

  F F Air Air

  Neraca Massa Total :

  11

  12

13 F = F + F

  12

  266605,4741 = F + 204030,8569

12 F = 62574,6172 kg/jam

  Tabel A.5 Neraca Massa Evaporator (FE-101)

  Alur Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

  11

  12

  13

  2025,7341 2025,7341 - NH H PO

  4

  2

  4

  37878,7879 37878,7879 - [KNH (PO ) ]

  4

  3

  2

  8

  226700,9521 22670,0952 204030,8569 H O

  2

  266605,4741 266605,4741 Total

  A.5 Spray Dryer (D-101)

  Alat ini digunakan untuk menguapkan air yang terdapat dalam Potassium Ammonium Polyphosphate yang berasal dari evaporator. Efisiensi = 98 %

  

16 Air

  12

  15 Spray Dryer

(D-101)

PAP PAP AP AP

  Air Air

  Neraca Massa Komponen:

  15

• 12

  16 Air : = F F F

  Air Air Air

  15

  12

  = 0,02 × = 0,02 × 22670,0952 = 453,4019 kg/jam

  F F Air Air

  16

  12

  = 0,98 × = 0,98 × 22670,0952 = 22216,6933 kg/jam

  F F Air Air

  15

  12 AP : = F F AP AP

  15

  = 2025,7341 kg/jam

  F AP

  15

  12 PAP : = F F PAP PAP

  15

  = 37878,7879 kg/jam

  F PAP

  Neraca Massa Total:

  12

  15

  16 F = F + F

  15

  62574,6172 = F + 22216,6933

  15 F = 40357,9239 kg/jam

  Tabel A.6 Neraca Massa Spray Dryer (D-101)

  Alur Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

  12

  15

  16

• 2025,7341 2025,7341 NH H PO

  4

  2

  4

  37878,7879 - 37878,7879 [KNH (PO ) ]

  4

  3

  2

  8

  22670,0952 453,4019 22216,6933 H O

  2

  62574,6172 62574,6172 Total

  LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS

  Kapasitas Produksi : 37878,7879 kg/jam Basis perhitungan : 1 jam operasi Waktu operasi : 330 hari / tahun ; 24 jam / hari Satuan operasi : kg/jam

  o

  Suhu referensi : 25 C (298,15 K)

  B.1 Data Perhitungan Cp

  Tabel B.1 Nilai Konstanta a,b,c,d dan e untuk Perhitungan Cp Gas Komponen A B C d e H O 3,40471E+01 -9,65604E-03 3,29883E-05 -2,04467E-08 4,30228E-12

  2

  (Reklaitis, 1983)

  2

  3

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

  b c d e

  2

  2

  3

  3

  4

  4

  5

  5 Cp dT a(T T ) (T T ) (T T ) (T T ) (T T ) g

  2

  1

  2

  1

  2

  1

  2

  1

  2

  1 _T1

  2

  3

  4

  5 Tabel B.2 Nilai Konstanta a,b,c,d dan e untuk perhitungan Cp cairan Komponen a b C d

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

  2

  (Reklaitis, 1983)

  2

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

  _{T 2} b c d

  2

  2

  3

  3

  4

  4 CpdT a(T T ) (T T ) (T T ) (T T )

  2

  1

  2

  1

  2

  1

  2

  1 _T1

  2

  3

  4 B.2 Estimasi Cp Padatan dengan Metode Kopp’s Rule Tabel B. 3 Kontribusi Unsur dan Gugus untuk Estimasi Cp

  Unsur ΔE (J/mol.K) H 7,56 N 18,74 O 13,42 K 28,78 P 26,63

  (Perry, 2008)

  Perhitungan kapasitas panas dihitung dengan rumus: (Perry, 2008)

  Keterangan: Cp = Kapasitas panas (J/mol.K) N = Jumlah unsur i dalam senyawa

  i

  = Nilai kontribusi unsur i ΔE i

  1. Ammonium Phosphate (NH H PO )

  4

  2

  4 18,74 +

  Cp = (6 × 7,56) + 26,63 + (4 × 13,42) Cp = 144,41 J/mol.K

  2. Potassium Phosphate (KH PO )

  2

4 Cp = 28,78 + (2 × 7,56) + 26,63 + (4 × 13,42)

  Cp = 124,2 J/mol.K

  3. Potassium Ammonium Polyphosphate [(KNH (PO ) ]

  4

  3

  2

  8 Cp = [2 8,78 + 18,74 + (4 × 7,56) + (2 × 26,63) + (6 × 13,42)] × 8

  Cp = 1692,32 J/mol.K Tabel B.4 Data Panas Laten Air

  o

  (kJ/kg) T (

  C) ∆H vl 2257,06 100 2230 110 2189 124,7 1806,425 230 (Geankoplis, 2003) Keterangan :

  : Panas laten (kJ/kg) ∆H vl

  B.3 Panas Pembentukan Standar

  Tabel B.5 Data Panas Pembentukan Standar

  o

  Komponen ∆H f

• 1445,07 kJ/mol

  Ammonium Phosphate

• 1568,3 kJ/mol

  Potassium Phosphate

• 1692,6 kJ/mol

  Potassium Ammonium Polyphosphate

  Air -285,83 kJ/mol (CRC PRESS LLC, 2000; Grenthe et al.,1992)

  B.4 Perhitungan Neraca Panas untuk Masing-Masing Alat B.4.1 Heater (E-101)

Air Pemanas

_o

230 C

  AP AP

  7

  9 Air Air _{o o}

  80 C, 1 atm

  25 C, 1 atm

Kondensat

_o

  

90 C

  7 F = 22283,0755 kg/jam AP

  7 N = (22283,0755 kg/jam) (1000 gram/kg) (1 mol/115,0259 gram) AP

  = 193722,2447 mol/jam

  7 F = 111415,3777 kg/jam Air

  7 N = (111415,3777 kg/jam) (1000 gram/kg) (1 mol/18,0153 gram) Air

  = 6184486,3936 mol/jam Neraca Panas Masuk: _{298,15 298,15}

  7

7 Q = = 0

  N N _{298,15 298,15} + in AP CpdT Air CpdT

  bersifat adiabatis, sehingga

  Mixer

  Q = Q

  in out

  = 133698,4533 . 16,6109 . (T

  out – 273,15)

  (T

  out – 273,15) = 0 o

  T = 273,15 K = 25 C

  out

  Tabel B.6 Neraca Panas Keluar E-101 _353,15

  9

  (kJ/mol) Senyawa N (mol/jam) CpdT Q (kJ/jam)

  out _298,15

Ammonium Phosphate 193722,2447 7,9425 1538648,6145

  Air 6184486,3936 4,3748 27055715,0638 Total Panas Keluar 28594363,6784

  Neraca Panas Keluar: _{353,15 353,15}

  9

9 Q = 1538648,6145 + 27055715,0638

  N N out AP CpdT + Air CpdT = _{298,15 298,15}

  = 28594363,6784 k J/jam Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Q

  out – Q in

  = 28594363,6784 - 0 kJ/jam = 28594363,6784 kJ/jam

  o

  Massa air pemanas (230

  C) yang diperlukan adalah:

  dQ/dt

  m =

  H H

  2

  1

  28594363,6 784 m = = 20002,9826 kg/jam 1806,4250 - 376,92

  B.4.2 Heater (E-102) Air Pemanas _o 230 C

  PP PP

  8

  10 Air Air _{o o}

  80 C, 1 atm

  25 C, 1 atm Kondensat _o

  90 C

  8 F = 23966,8406 kg/jam PP

  8 N = (19972,3672 kg/jam)(1000 gram/kg)(1 mol/136,0893 gram) PP

  = 176111,1315 mol/jam

8 F

  = 108940,1846 kg/jam

  Air

  8 N = (108940,1846 kg/jam) (1000 gram/kg) (1 mol/18,0153 gram) Air

  = 6047092,4494 mol/jam Neraca Panas Masuk: _{298,15 298,15}

  8

8 Q = N N = 0

  in CpdT CpdT + PP Air _{298,15 298,15}

  bersifat adiabatis, sehingga

  Mixer

  Q = Q

  in out

  = 132907,0252 . 16,9037 . (T

  out – 273,15)

  (T

  out – 273,15) = 0 o

  T = 273,15 K = 25 C

  out

  Tabel B.7 Neraca Panas Keluar E-102 _353,15

  10

  (kJ/mol) Senyawa N (mol/jam) CpdT Q (kJ/jam)

  out _298,15

  176111,1315 6,8316 1203112,0006

  Potassium Phosphate

  Air 6047092,4494 4,3748 26454647,9470 Total Panas Keluar 27657759,9476

  Neraca Panas Keluar: _{353,15 353,15}

  10

10 Q = N N 1203112,0006 + 26454647,9470

  out CpdT + CpdT = PP Air _{298,15 298,15}

  = 27657759,9476 k J/jam Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Q

  out – Q in

  = 27657759,9476 - 0 kJ/jam = 27657759,94764 kJ/jam

  o

  Massa air pemanas (230

  C) yang diperlukan adalah:

  dQ/dt

  m =

  H H

  2

  1

  27657759,9 4764 m = = 19347,7882 kg/jam 1806,4250 - 376,92

  B.4.3 Reaktor (R-101) Sat. Steam _o

  230 C AP

  9 _o Air PAP

  80 C, 1 atm AP

  11 Air PP 10 _o 210

  C, 1 atm _o Air

  80 C, 1 atm Kondensat _o 230 C

  Neraca Panas Masuk Panas masuk pada alur 9, _{353,15 353,15}

  9

  9

  (Q ) = N N +

9 CpdT CpdT

  AP Air _{298,15 298,15}

  = 1538648,6145 + 27055715,0638 = 28594363,6784 k J/jam Panas masuk pada alur 10, _{353,15 353,15}

  10

  10

  (Q ) = N N

  10 PP CpdT + Air CpdT _{298,15 298,15} J/jam

  = 1203112,0006 + 26454647,9470 = 27657759,9476 k

• Q = Q Q

  in

  9

  10

  = 28594363,6784 kJ/jam + 27657759,9476 kJ/jam

  kJ/jam

  = 56252123,6260 Tabel B.8 Neraca Panas Masuk R-101 _353,15

  9

  (kJ/mol) Senyawa N (mol/jam) CpdT Q (kJ/jam)

  in _298,15

  193722,2447 7,9425 1538648,6145

  Ammonium Phosphate

  Air 6184486,3936 4,3748 27055715,0638 _353,15

  10

  (kJ/mol) Senyawa N (mol/jam) CpdT Q (kJ/jam)

  in _298,15

Potassium Phosphate 176111,1315 6,8316 1203112,0006

  Air 6047092,449477 4,3748 26454647,9470 Total Panas Masuk 56252123,6260

  Neraca Panas keluar

  

383,15

  11 Panas keluar pada alur 11, (Q ) = CpdT

  11 ΣN

  

298,15

483,15

  11

  11 Q N CpdT = 22,0139 kmol/jam x 1692,32 J/mol.K (483,15- 298,15) PAP PAP

  =

  298,15

  = 6892091,5215 kJ/jam

  483,15

  11

  11 Q = N CpdT = 17,6111 kmol/jam x 144,41 J/mol.K (483,15-298,15) AP AP 298,15

  = 470495,8573 kJ/jam

  483,15

  11

  11 Q N CpdT = 12583801,1060 kmol/jam x 15419,0272 J/mol Air Air

  =

  298,15

  = 194029971,4065 kJ/jam

  11

  11

11 Q = Q Q + Q +

  out PAP AP Air

  = 6892091,5215 kJ/jam + 470495,8573 kJ/jam + 194029971,4065 kJ/jam = 201392558,7853 kJ/jam

  Tabel B.9 Neraca Panas Keluar R-101

  11 _483,15

  N

  out

  (kJ/mol) Senyawa CpdT Q (kJ/jam)

  (mol/jam) _298,15 NH H PO 17611,1132 26,7159 470495,8573

  4

  2

  4

  [KNH (PO ) ] 22013,8914 313,0792 6892091,5215

  4

  3

  2

  8 H O 12583801,1060 15,419 194029971,4065

  2 Total Panas Keluar 201392558,7853

  Reaksi di dalam Reaktor:

  4 2 4(l) 2 4(l) → [KNH

  4

  3 2 8(l) 2 (l)

  8 konversi x N

  PP

  r =

  1

  8 1 x 176,1111

  r = = 22,0139 kmol/jam = 22013,8914 mol/jam

  1

  8 o

  Panas reaksi yang terjadi pada 25 C dan 1 atm:

  o o o

  produk- reaktan] ∆Hr (25

  C) = [∆H f ∆H f

  

o o o

  [KNH (PO ) ] + 16 H O NH H PO - 8 x = [∆H f

  4

  3

  2

8 x ∆H f

2 – 8 x ∆H f

  4

  2

  4 KH PO ]

  2

  4

  = [(-1692,57) + (16 x -285,83) - (8 x -1445,07) - (8 x -1568,3)] = 17841,11 kJ/mol

  Q = 17841,11 kJ/mol x 22013,8914 mol/jam

  reaksi

  = 392752258,7406 kJ/jam dQ/dt = Q + Q

  out – Q in reaksi

  = 201392558,7853

• – 56252123,6260 + 392752258,7406 = 537892693,8999 kJ/jam

  o

  Massa saturated steam (230

  C) yang diperlukan adalah:

  dQ/dt

  m =

  (230

  C) ΔH vl

  537892693, 8999 = = 297766,4137 kg/jam

  1806,4250

  B.4.5 Evaporator (FE-101) _{AP PAP 13 Saturated steam 230 C 210 C Air o o}

  11 _{Uap air 220 C Air AP PAP o o 12} 220 C

  Neraca Panas Masuk Evaporator : _{483,15 483,15 483,15}

  11

  11

  

11

• Q = N N N

  in PAP CpdT AP CpdT Air CpdT _{298,15 298,15 298,15}

  = 6892091,5215 + 470495,8573 + 194029971,4065 = 201392558,7853 kJ/jam

  Tabel B.10 Neraca Panas Masuk FE-101 _483,15

  11

  (kJ/mol) Senyawa N (mol/jam) CpdT Q (kJ/jam)

  in _298,15

  NH H PO 17611,1132 26,7159 470495,8573

  4

  2

  4

  [KNH (PO ) ] 22013,8914 313,0792 6892091,5215

  4

  3

  2

  8 H O 12583801,1060 15,419 201392558,7853

  2 Total Panas Masuk 201392558,7853

  Neraca Panas Keluar Evaporator : _{493,15 493,15 493,15 493,15}

  12

  12

  

12

  13

  13

• =
• N N N F x N + + Q

  out

  ∆H vl

  Air CpdT PAP CpdT AP CpdT Air Air CpdT _{298,15 298,15 298,15 298,15}

  = 20558437,7237 + 7264637,0091 + 495928,0658 + 185025939,5131 + 561829568,9884 = 775174511,3001 kJ/jam

  Tabel B.11 Neraca Panas Keluar FE-101 _373,15

  12

  (kJ/mol) Senyawa N (mol/jam) CpdT Q (kJ/jam)

  out _298,15

  NH H PO 17611,1132 10,8308 495928,0658

  4

  2

  4

  [KNH (PO ) ] 22013,8914 126,924 7264637,0091

  4

  3

  2

8 H O 1258380,1106 5,9993 20558437,7237

  2

  13 _493,15

  Senyawa Q (kJ/jam)

  N (mol/jam)

  out

  (kJ/mol) _298,15 CpdT H O

  185025939,5131

  2 11325420,9954

  16,3372

13 Senyawa

  Q (kJ/jam) F (kg/jam)

  out

  (kJ/kg) ∆H vl

  H O 561829568,9884

  2 204030,8569

  2753,65 Total Panas Keluar 775174511,3001 dQ/dT = Q

  out – Q in

  = 775174511,3001 - 201392558,7853 = 573781952,5148 kJ/jam Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 230

  o o

  C. Data saturated steam pada 230 C yang diperoleh dari App A.2-9 Geankoplis, 2003 sebagai berikut:

  o

  (Panas penguapan steam pada suhu 230

  C) = 1806,425 kJ/kg ∆H vl Maka steam yang dibutuhkan:

  dQ/dt

  m =

  H vl

  573781952, 5148

  =

  1806,425

  = 317633,9746 kg/jam

  B.4.4 Sub Cooler Condenser (E-103)

Air

_o

  

25 C

Uap air 13 _o

  14 Air _o 220 C

  85 C

Air

_o

  

90 C

  Neraca Panas Masuk:

  493,15

  13 Q = ΣN CpdT = 11325420,9954 kg/jam × 5,9993 kJ/mol (1000

  13 Uap air 298,15

  gram/kg) (1 mol/18,0153 gram) = 185025939,5131 kJ/jam Panas yang dilepas pengembunan uap air :

13 Q = F .

  ∆H vl = 204030,8569 × 2753,65 = 561829568,9884 kJ/jam

  13 Q = Q + F . = 185025939,5131 + 561829568,9884 in 13 ∆H vl

  = 746855508,5015 kJ/jam Tabel B.12 Neraca Panas Masuk E-103 _373,15

  13

  (kJ/mol) Senyawa N (mol/jam) CpdT Q (kJ/jam)

  in _298,15

  H O 11325420,9954 16,3372 185025939,5131

  2

  11 Senyawa F (kg/jam) (kJ/kg) Q (kJ/jam) in ∆H vl

  H O 204030,8569 2753,65 561829568,9884

2 Total Panas Masuk 746855508,5015

  Neraca Panas Keluar: Panas keluar T = 328,15 K (55

  C) melibatkan perubahan fasa, sehingga berlaku:

  T T T _{2 b 2} CpdT Cp dT Cp dT

  ΔH

  l Vl v T T T _{1 1 b}

  sehingga diperoleh : _353,15 Q =N 11325,4210 (4395,1653) = 79620612,9192 kJ/jam

  out air _289,15 CpdT =

  Tabel B.13 Neraca Panas Keluar E-103 _328,15

  14

  (kJ/mol) Senyawa N (mol/jam) CpdT Q (kJ/jam)

  in _289,15

  H O 11325,4210 4395,1653 79620612,9192

2 Total Panas Keluar 79620612,9192

  Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Q

  out – Q in

  = 79620612,9192

• – 746855508,5015 kJ/jam = -667234895,5823 kJ/jam

  Air (saturated): H(25

  C) = 104,8 kJ/kg (Smith, dkk., 2005) H(90

  C) = 376,92 kJ.kg (Smith, dkk., 2005) Maka, massa air pendingin yang diperlukan:

  dQ/dt

  m =

  H H

  2

  1

• 667234895, 5823 m =

  376,92 104 ,

  8 m = 245198,7710 kg/jam

  B.4.5 Spray Dryer (D-101) Udara Dingin _o Udara Bekas

  30 C Air 16 _o

  T = 90 C PAP AP Air _o

12 T=220 C

  X = 10 % D-101

  15 PAP AP Air _o T = 90 C

  X= 2 % o

  Temperatur basis, T = 0 C

  o o

  Panas laten air (0

  C), = 2501,6 kJ/kg.K ∆H vl

  Kapasitas panas , Cp = 0,001 kJ/kg.K

  PAP

  Panas humiditas air

• – udara, Cs = 1,005 + 1,88H

  o

  Humiditas udara (T

  30 C), H = 0,025 kg H O/kg udara (Walas, dkk., 1990)

  udara masuk in

  2 o o

  Kapasitas panas air, Cp (220

  C) = 4,219 kJ/kg.K, Cp (90

  C) = 4,208 kJ/kg.K

  air air o

  Kapasitas panas udara, Cp (30

  C) = 1,0048 kJ/kg.K

  udara -T ) + H .

  H’ udara = Cs (T i o i ∆H vlo

• T ) + X . Cp air (T -T ) H’ padatan = Cp padatan (T i o i i o Dimana:

  = entalpi (kJ/kg) H’ Cs = panas humiditas air udara (kJ/kg.K) Cp = kapasitas panas (kJ/kg.K) H = humiditas udara (kg H O/kg udara kering)

2 X = moisture content padatan (kg air/kg padatan)

  = panas laten air (kJ/kg) ∆H vl

  o

  T = temperatur (0

  C)

  o

  30 = [(1,005 + 1,88 × 0,025) × (30-0)] + (0,025 × 2501,6)

  udaramasuk

  C, H’

  o

  30 = 94,1

  C, H’ udara masuk

  o

90 C, H’ udara keluar = H’= (1,005 + 1,88 × H) × (90-0) + H× 2501,6

  o

90 C, H’ udara keluar = H’= 90,45 + 2670,8 H

  = [(0,001) × (220-0)] + [0,1 × 4,219 × (220-0)] = 93,0344

  padatan masuk

  H’ = [(0,001) × (90-0)] + [0,02 × 4,208 × (90-0)] = 7,6629

  H’ padatan keluar Tabel B.14 Entalpi Spray Dryer (kJ/kg)

  Alur

  masuk keluar

  H’ H’ Masuk Udara 94,1

• Keluar

  90,45 + 2670,8 H Masuk Padatan 93,0344

• Keluar

  7,6629 F padatan = 37878,7879 kg/jam NeracaPanas Total Spray Dryer Asumsi : kondisi adiabatis, udara panas pengering kontak langsung dengan padatan.

  dQ

  Q = Q

  out – Q in = 0 → Q out in dT

  F + F + F

  udara × H’ udaramasuk padatan × H’ in = F’ udara × H’ udarakeluar padatan × H’ out

  F + F + F

  udara × H’ udaramasuk padatan × H’ in = F’ udara × H’ padatan × H’ out

  [(F × 94,1) + (37878,7879 × 93,0344)] × (90,45 + 2670,8 H) +

  udara = [F’ udara

  (37878,7879 × 7,6629)] [(F × 94,1) + 3524029,3341] = [F × (90,45 + 2670,8 H) + 290262,0003]

  udara udara

  94,1 F + 3233767,3338 = 90,45 F + 2670,8 F H

  udara udara udara

  3,65 F + 3233767,3338 = 2670,8 F H --*)

  udara udara

  Neraca Massa Kandungan Air [(F × H )+ (F × X )] = [( F × H )+ (F × X )]

  udara in padatan in udara 42 padatan out

  [(F × 0,025) + (37878,7879 × 0,1)] = [(F × H) + (37878,7879 × 0,02)]

  udara udara

  0,025 F + 3787,8788 = F × H + 757,5758

  udara udara

  0,025 F + 3030,3030 = F × H ---**)

  udara udara

  Dengan mensubstitusi persaman **) ke persamaan *), maka diperoleh: 3,65 F + 3233767,3338 = 2670,8 × (0,025 F + 3030,3030)

  udara udara

  3,65 F + 3233767,3338 = 66,77 F + 8093333,3333

  udara udara

  3,65 F = 4859565,9996

  udara – 66,77 F udara

• 63,12 F = 4859565,9996

  udara

  F = 76989,3219 kg/jam

  udara Disubstitusi ke persamaan **) 0,025 F + 3030,3030 = F × H

  udara udara

  0,025 (76989,3219) + 3030,3030 = 76989,3219× H H= 0,0644 kg air/ kg udara kering.

  

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

C.1 Gudang Penyimpanan Ammonium Phosphate (NH

  4 H

  2 PO 4 ) (G-101)

  Fungsi : Menyimpan padatan ammonium phosphate Bentuk bangunan : Dinding : beton

  Lantai : aspal Atap : seng

  Jumlah : 1 unit Kondisi penyimpanan : Kondisi ruangan : Temperatur : 25 C

  Tekanan : 1 atm Kebutuhan : 30 hari Perhitungan desain bangunan : Bahan baku NH H PO dimasukkan ke dalam karung besar. Karung yang digunakan

  4

  2

  4 memuat masing-masing 30 kg bahan baku NH H PO .

  4

  2

  4

  3 Densitas NH H PO = 1803 kg/m (Perry, dkk., 2008)

  4

  2

  4 Jadi, 1 karung memuat :

  Kebutuhan = 22283,0755 kg/jam Banyaknya karung yang diperlukan dalam 30 hari :

  = 534793,8131 karung Diambil 534793 karung, maka :

  3

  3 Volume karung tiap 30 hari = 534793 karung × 0,0166 m = 8898,4027 m

  Faktor kosong ruangan = 20% Area jalan dalam gudang = 20% Volume ruang yang dibutuhkan :

  3 Volume total = (1,4) × 8898,4027 m

  3

  = 12457,7637 m Bangunan diperkirakan dibangun dengan ukuran : panjang (p) = lebar (l) = (2) tinggi (t) volume = panjang × lebar × tinggi

  = (2t) × (2t) × t

  3

  3

  12457,7637 m = 4t t = 14,6036 m Jadi, ukuran bangunan gedung yang digunakan, adalah : panjang = (2) × 14,6036 m = 29,2072 m lebar = (2) × 14,6036 m = 29,2072 m tinggi = 14,6036 m

  C.2 Belt Conveyor (C-101)

  Fungsi : mengangkut reaktan NH H PO menuju tangki pencampur M-101

  4

  2

  4 Jenis : continuous belt conveyor

  Bahan : Carbon steel Kondisi operasi : Temperatur = 25 C

  Tekanan = 1 atm Laju bahan : 22283,0755 kg/jam Faktor kelonggaran : 12 % (Tabel 28-8 Perry, dkk., 2008) Kapasitas total belt conveyor :

  = 1,12 Laju bahan = 1,12 22283,0755 kg/jam = 24957,0446 kg/jam = 24,9570 ton/jam

  Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasi : (Tabel 21

• –9, Perry, dkk., 2008) Lebar belt conveyor - = 14 in

  2 Luas permukaan muatan = 0,11 ft -

  Lapisan belt maksimum = 5 - Kecepatan belt maksimum = 300 ft/menit - Perhitungan daya yang dibutuhkan (P): _0,82 (Peters, dkk., 2004)

  P 0,0027 m L

  Keterangan: P = daya (kW) m = laju alir massa (kg/s) L = panjang conveyor (m) m = 24,9570 ton/jam = 6,9325 kg/s

  L = 25 ft = 7,62 m _0,82

  P 0,0027 (6,9325) (7,62) 0,1007 kW 0,1350 hp Digunakan daya motor standar ¼ hp.

  C.3 Gudang Penyimpanan Potassium Phosphate (KH PO ) (G-102)

  2

  4 Fungsi : Menyimpan padatan potassium phosphate

  Bentuk bangunan : Dinding : beton Lantai : aspal

  Atap : seng Jumlah : 1 unit Kondisi penyimpanan : Kondisi ruangan : Temperatur : 25 C

  Tekanan : 1 atm Kebutuhan : 30 hari Perhitungan desain bangunan : Bahan baku KH PO dimasukkan ke dalam karung besar. Karung yang digunakan

  2

  4 memuat masing-masing 30 kg bahan baku KH PO .

  2

  4

  3 Densitas KH PO = 2338 kg/m (Perry, dkk., 2008)

  2

  4 Jadi, 1 karung memuat :

  Kebutuhan = 23966,8406 kg/jam Banyaknya karung yang diperlukan dalam 30 hari :

  = 575204,1747 karung Diambil 575205 karung, maka :

  3

  3 Volume karung tiap 30 hari = 575205 karung × 0,0128 m = 7380,7314 m

  Faktor kosong ruangan = 20% Area jalan dalam gudang = 20% Volume ruang yang dibutuhkan :

3 Volume total = (1,4) × 7380,7314 m

  3

  = 10333,0240 m Bangunan diperkirakan dibangun dengan ukuran : panjang (p) = lebar (l) = (2) tinggi (t) volume = panjang × lebar × tinggi

  = (2t) × (2t) × t

  3

  3

  10333,0240 m = 4t t = 13,7211 m Jadi, ukuran bangunan gedung yang digunakan, adalah : panjang = (2) × 13,7211 m = 27,4422 m lebar = (2) × 13,7211 m = 27,4422 m tinggi = 13,7211 m

  C.4 Belt Conveyor (C-102)

  Fungsi : Mengangkut reaktan KH PO menuju tangki pencampur T-102

  2

  4 Jenis : Continuous belt conveyor

  Bahan : Carbon steel Kondisi operasi : Temperatur = 25 C

  Tekanan = 1 atm Laju bahan : 23966,8406 kg/jam Faktor kelonggaran : 12 % (Tabel 28-8 Perry, dkk., 2008) Kapasitas total belt conveyor :

  = 1,12 Laju bahan = 1,12 23966,8406 kg/jam

  = 26842,8615 kg/jam = 26,8429 ton/jam

  Untuk belt conveyor kapasitas < 32 ton/jam, spesifikasi : (Tabel 21

• –9, Perry, dkk., 2008)
• Lebar belt conveyor = 14 in

  2

• Luas permukaan muatan = 0,11 ft
• Lapisan belt maksimum = 5
• Kecepatan belt maksimum = 300 ft/menit Perhitungan daya yang dibutuhkan (P): _0,82

  P 0,0027 m L (Peters, dkk., 2004)

  Keterangan: P = daya (kW) m = laju alir massa (kg/s) L = panjang conveyor (m) m = 26,8429 ton/jam = 7,4564 kg/s

  L = 25 ft = 7,62 m

  0,82

  Maka P 0,0027 (7,4564) (7,62) 0,1069 kW 0,1433 hp Digunakan daya motor standar ¼ hp.

  C.5 Tangki Pencampur (M-101)

  Fungsi : Mencampur reaktan Ammonium Phosphate (NH H PO ), pelarut air

  4

  2

  4

  (H O)

2 Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal

  Jumlah : 1 unit Bahan : carbon steel SA-113 grade C

  Data :

  a) Densitas

  3

• NH H PO = 1803 kg/m (Perry dkk., 2008)

  4

  2

  4

  3

• H O = 997,08 kg/m (Perry dkk., 2008)

  2

  b) Viskositas

• H O = 0,8973 cP (Perry dkk., 2008)

  2

• 193,7222 0,0304
• H
• 0,1124 133698,4533 124,1006 6378,2086

  1

  0,8937 (Perry, dkk., 2008) Kondisi operasi : Tekanan = 1 atm

  Temperatur = 25 C Faktor kelonggaran : 20 %

  Hc Hs He Dt

  Keterangan; Ht = Hs + 2 He Ht = Tinggi Mixer Hs = Tinggi Shell He = Tinggi Ellipsoidal Head Hc = Tinggi Cairan dalam Mixer Dt = Diameter dalam Mixer Gambar C.1 Mixer

  Perhitungan, Lama waktu pencampuran = 15 menit = 0,25 jam

  V larutan (V

  ) = )

  0,8937 6184,4864 0,9696

  3 (1077,3397 kg/m

  (0,25 jam) kg/jam) 33 (133698,45 = 31,0251 m

  3 V tangki (V t

  ) = (1+0,2) (31,0251 m

  3

  ) = 37,2302 m

  3 Untuk pengadukan,

  1,0000 -0,1124 = 1077,3397

  997,08 111,7417

  Tabel C.1 Komposisi Bahan pada Tangki Pencampur (M-101) Komponen

  /jam) μ (cP) mol

  Massa (kg/jam)

  (kg/m

  3

  ) Volume

  (m

  3

  (kmol/jam) % mol

  2 O 111415,3777

  In μ (cP)

  NH

  4 H

  2 PO

  4

  22283,0755 1803

  12,3589

  Dt = Hc ; Dt = Hcs + He ;

  Keterangan: Hcs = Tinggi cairan di dalam shell Hc = Tinggi cairan di dalam mixer He = Tinggi ellipsoidal head Dt = Diameter tutup = diameter mixer

  Rasio axis ellipsoidal head = 2 : 1

  Dt

  Tinggi tutup (He) = (Brownell dan Young, 1959)

4 Maka,

  Dt

  3 Dt = Hcs + He = Hcs + Hcs = Dt

  4

  4

3 Volume tutup bawah mixer = D (Brownell dan Young, 1959)

  t

  24

  3

  3

  2

  2

  3 Volume cairan dalam shell = D D = D Hcs = D t t

t t

  4

  4

  4

  16

  3

  11

  3

  3

  3

  3 Volume cairan dalam tangki = 37,2302 m = D + D D t t t

  16

  24

  48 Sehingga, Dt = 3,7262 m = 146,7022 in Maka tinggi cairan dalam tangki (Hc) = 3,7262 m Direncanakan digunakan tangki dengan perbandingan Dt : Ht = 1 : 1, Ht = Dt = 3,7262 m Tinggi tutup (He),

  Dt

  3,7262 m He = = = 0,9316 m

  4

4 Tinggi shell (Hs),

  Hs = Ht − 2He = 3,7262 − (2 × 0,9316) = 1,4380 m

  Tekanan operasi = 1 atm (101,325 kPa)

  3

  2 Tekanan hidrostatis = = (1077,3397 kg/m )(9,8 m/s )( 3,7262 m)

  ρ×g×l = 39341,4205 Pa = 39,3414 kPa p = (101,325 + 39,3414) kPa

  2

  = 140,6664 kPa = 20,4020 lb/in Faktor kelonggaran = 20% Tekanan Desain = (1,2) (140,6664 kPa) = 168,7997 kPa

  Jenis sambungan = Double welded butt joint

  Joint Efficiency = 0,8 (Brownell dan Young, 1959)

  2 Allowable Stress = 11.050 lb/in (Brownell dan Young, 1959)

  Korosi yang diizinkan (c) = 0,0042 in/tahun Tebal shell tangki (t),

  P D

  t

  Tebal silinder (t) c (Brownell dan Young, 1959)

  SE

  2 keterangan : t = tebal dinding tangki bagian silinder (in)

  2

  p = tekanan desain (lb/in ) Dt = diameter dalam tangki (in)

  2 S = allowable working stress (lb/in )

  E = efisiensi pengelasan c = korosi yang diizinkan (in)

  24,4824 146,7022 t , 0042 2 11 . 050 ,

  8 0,2073 in 0,0053 m

  Dipilih tebal silinder standar = ¼ in Tutup tangki atas terbuat dari bahan yang sama dengan shell dengan tebal tutup atas adalah ¼ in.

  Perancangan pengaduk,

  

Keterangan ;

H = Tinggi Cairan dalam Mixer Dt = Diameter dalam Mixer Da = Diameter Impeller

  J E = Jarak Pengaduk dari Dasar Tangki

J = Lebar Baffle

  H L W = Lebar Impeller

  W L = Panjang Impeller

  Da E Dt

  Gambar C.2 Pengaduk Dalam Mixer Jenis : Flat Six Blade Turbin Impeller Jumlah Baffle : 4 buah Untuk turbin standar, (Geankoplis, 2003) Da : Dt = 1 : 3 Da = (1/3) (3,7262 m) = 1,2421 m = 4,0750 ft E : Da = 1 E = 1,2421 m L : Da = 1 : 4 L = (1/4) (1,2421 m) = 0,3105 m W : Da = 1 : 5 W = (1/5) (1,2421 m) = 0,2484 m J : Dt = 1 : 12 J = (1/12) (3,7262 m) = 0,3105 m Kecepatan pengadukan = 180 rpm = 3 rps

  3

  3