Tugas Khusus
Tugas khusus ini diberikan untuk menambah kemapuan serta analisis mahasiswa dalam praktek langsung di sebuah industri atau pabrik. Sehingga mahasiswa mampu memahami dan dapat membandingkan teori dan praktek langsung di lapangan. Pada kerja
praktek kami ditempatkan pada Auxilliary Departement , PT. Indo-Bharat Rayon. Tugas yang diberikan sebagai berikut:
Menghitung neraca energi pada sigri heater ( MSFE #13 ) Menghitung kebutuhan steam pada MSFE #13
Menghitung banyaknya air yang dapat dihilangkan pada larutan spinbath pada MSFE #13
Evaporator ( MSFE ) pada auxilliary Departement
PT. Indo-Bharat Rayon menggunakan evaporator jenis Multi Stage Flash Evaporator (MSFE) dengan metode vakum. Evaporator ini bekerja berdasarkan prinsip bahwa air akan mendidih pada temperatur rendah jika tekanan vessel tersebut diturunkan (vaccum). Proses vakum dilakukan dalam dua tahap yaitu Vacum pump dan jet ejector. PT. Indo-Bharat Rayon memiliki 14 unit evaporator. Setiap unit evaporator terdiri dari 1 heater , 11 preheater dan 14 stage vessel.
Pengambilan data dan Pengujian laboratorium
Dalam perhitungan tugas khusus ini dilakukan 2 tahapan untuk memperoleh data untuk perhitungan yaitu pengambilan data langsung di lapangan dan pengujian sampel di laboratorium.
Pengambilan data langsung di lapangan
Tahap pengambilan data langsung dilapangan dengan langsung melihat alat ukur yang terpasang dan langsung bertanya ke operator, seperti data temperatur , tekanan dan laju alir. Sehingga didapatkan data inlet yaitu larutan spinbath pada temperatur 88,6 oC dengan laju alir 206 m3/h. Kemudian outlet berupa larutan spinbath pada temperatur 107,6 dengan laju alir 206 m3/h dan flash condensat dengan temperatur 50oC. Dalam evaporator juga digunakan steam untuk memanaskan larutan spinbath. Diketahui temperatur inlet steam sebesar 198oC dan outlet temperatur 90 oC.
Pengujian sampel di laboratorium
Sampel yang akan diuji merupakan larutan spinbath pada inlet dan outlet pada MSFE #13. Sampel ini akan diuji dilaboratorium untuk mengetahui prosentase masing-masing komposisi larutan spinbath yaitu H2SO4, Na2SO4, dan ZnSO4. Dilaboratorium juga dilakukan pengujian besarnya spesific gravity (spgr). Data yang diperoleh:
Tabel 6.1. Data hasil uji laboratorium untuk inlet dan oulet pada MSFE #13 Inlet Outlet Spgr 1,294 1,358 H2SO4 123,48 g/L 151,41 g/L Na2SO4 298 g/L 385 g/L ZnSO4 9,2159 g/L 11,4271 g/L
Perhitungan Kebutuhan steam dan air yang hilang pada MSFE #13
Menghitung laju alir spinbath Diketahui :
Q = 206 m3/h
ρ spinbath = 991,4394 kg/m3 spesific gravity inlet : 1,298
kandungan larutan spinbath inlet pada MSFE #13 dari uji analisis laboratorium : Na2SO4 = 298 g/L = 298 kg/m3
H2SO4 = 123,48 g/L = 123,48 kg/m3 ZnSO4 = 9,2159 g/L = 9,2159 kg/m3
ρ spinbath dapat dihitung dengan cara : ρ spinbath = ρ air x spesific gravity ρ spinbath = 991,4394 kg/m3 x 1,298 ρ spinbath = 1282,92 kg/m3
maka laju alir spinbath dapat dihitung sebagai berikut: ṁ = Q x ρ spinbath
ṁ = 206 m3/h x 1282,92 kg/m3 ṁ = 264281,52 kg/h
Kompisi masing-masing komponen pada inlet larutan spinbath MSFE #13 Menghitung laju alir masing2 komponen :
Na2SO4 = 298 kg/m3 x 206 m3/h = 61388 kg/h H2SO4 = 123,48 kg/m3 x 206 m3/h = 25463,88 kg/h ZnSO4 = 9,2159 kg/m3 x 206 m3/h = 1898,47 kg/h
H2O = laju spinbath total – ( laju Na2SO4 + H2SO4 + ZnSO4) = 264281,52 kg/h – (61388 kg/h + 25463,88 kg/h +
1898,47 kg/h) = 175558,16 kg/h
Menghitung kandungan H2O dapat dihitung dengan cara:
H2O = 852,22 g/L
Menghitung komposisi masing – masing komponen spinbath : Na2SO4 = = 0,2323 = 23,23 %
H2SO4 = = 0,0962 = 9,62 % ZnSO4 = = 0,0072 = 0,77 % H2O = = 0,6643 = 66,43 %
Kompisi masing-masing komponen pada oulet larutan spinbath MSFE #13 Menghitung laju alir masing2 komponen :
Na2SO4 = 385 kg/m3 x 206 m3/h = 79310 kg/h H2SO4 = 151,41 kg/m3 x 206 m3/h = 31190,46 kg/h ZnSO4 = 11,4271 kg/m3 x 206 m3/h = 2353,98 kg/h
H2O = laju spinbath total – ( laju Na2SO4 + H2SO4 + ZnSO4) = 264281,52 kg/h – (79310 kg/h + 31190,46 kg/h +
2353,98 kg/h = 151427,08 kg/h
H2O =
H2O = 735,08 g/L
Menghitung komposisi masing – masing komponen spinbath : Na2SO4 = = 0,30 = 30 %
H2SO4 = = 0,118 = 11,8 % ZnSO4 = = 0,0089 = 0,89 % H2O = = 0,573 = 57,3 %
Air yang dapat dihilangkan dari larutan spinbath
Air yang menguap atau air yang dapat dipisahkan dalam larutan spinbath , dapat dihitung sebagai berikut:
ṁ air = ṁ air inlet - ṁ air outlet
= ( 175558,16 – 151427,08 ) kg/h = 24131,08 kg/h
Menghitng kebutuhan steam MSFE #13 Diketahui : T spinbath in = 88,6 oC T spinbath out = 107,6 oC hc = 475,4 kJ/kg hs = 2382,55 kJ/kg Cp spinbath = 3,0833 kJ/kg.oC
Maka kebutuhan steam dapat dihitung sebagai berikut: Δhsc = hs - hc
= 2382,55 kJ/kg - 475,4 kJ/kg = 1907,15 kJ/kg
Q spinbath = ṁ spinbath x Cp spinbath x ΔT spinbath
= 264281,52 kg/h x 3,0833 kJ/kg.oC x (107,6 - 88,6 ) oC = 15482325 kJ/h
Maka kebutuhan steam : ṁ steam =
= 8118,043 kg/h = 8,12 ton/h (kebutuhan steam teoritis) Dari lapangan yaitu pada MSFE #13 didapatkan data kebuthan steam sebanyak 7,2 ton/h. Jumlah ini lebih kecil dikarenakan adanya faktor – faktor yang mempengaruhi pada kondisi aktual di lapangan.
Neraca Energi pada Sigri Heater ( MSFE #13)
Spinbath, inlet T = 198oC T = 88,6 oC Q=206 m3/h Steam, inlet Sigri Heater Steam, outlet T = 90 oC
Flash Condensat
Spinbath, outlet
T = 50 oC
T =107,6 oC
Q=206 m3/h
Gambar 6.1. Skema aliran pada Sigri Heater Neraca energi pada sigri Heater dapat dihitung dengan:
Diketahui : Cp Spinbath = 3,0833 kJ/kg. oC
Cp flash condensat = 3,0833 kJ/kg. oC Cp Steam inlet (uap) = 3,0833 kJ/kg. oC Cp Steam outlet (cair ) = 3,0833 kJ/kg. oC
Neraca energi :
Q in = Q out ...(1)
Maka , ( jika W = 0 , karena sistem diam ) Q = ΔH + W
Q = ΔH...(2)
Sedangkan nilai ΔH adalah:
ΔH = ΔHin - ΔHout ...(3) Maka dari persamaan ( 1) dan (2) :
Q spinbath, in + Q steam = Q spinbath,out + Q flash condensat...(4)
Dari persamaan (2) dan (4) didapatkan :
ΔH spinbath, in + Q steam = ΔH spinbath,out + ΔH flash condensat. .(5)
Sedangkan nilai ΔH = Q
Q = ṁ . Cp . ΔT ...(6) Maka untuk masing-masing aliran dapat dihitung sebagai berikut:
Panas pada larutan spinbath inlet
Diketahui : ṁ spinbath : 264281,16 kg/h Cp spinbath : 3,0833 kJ/kg. oC
Tsp,in : 88,6 oC
T reference : 298 K = 25 oC
Q spinbath, in = ṁ spinbath . Cp spinbath . ΔT
= ṁ spinbath . Cp spinbath . ( Tsp,in – T reference) = 264281,16 kg/h x 3,0833 kJ/kg. oC x( 88,6 – 25) oC
= 51.825.045,8 kJ/h Panas pada larutan spinbath outlet
Diketahui : ṁ spinbath : 264281,16 kg/h
Cp spinbath : 3,0833 kJ/kg. oC
Tsp,in : 107,6 oC
T reference : 298 K = 25 oC
Q spinbath, out = ṁ spinbath . Cp spinbath . ΔT
= ṁ spinbath . Cp spinbath . ( Tsp,in – T reference) = 264281,16 kg/h x 3,0833 kJ/kg. oC x( 107,6 – 25) oC
= 67.307.370,8 kJ/h
Panas pada flash condensat
Cp fc : 4,221 kJ/kg. oC T fc : 50 oC T reference : 298 K = 25 oC Q fc = ṁ fc . Cp fc . ΔT = ṁ fc . Cp fc . ( Tfc – T reference) = 24131,08 kg/h x 4,221 kJ/kg.oC x( 50 – 25) oC = 2.546.432,22 kJ/h Untuk Q steam :
ΔH spinbath, in + Q steam = ΔH spinbath,out + ΔH flash condensat Q steam = ( ΔH spinbath,out + ΔH flash condensat ) - ΔH spinbath, in Q steam = ( 67.307.370,8 + 2.546.432,22 ) - 51.825.045,8
Q steam = 18.028757,22 kJ/h
Sedangkan untuk Q steam sendiri masih terdapat beberapa komponen yaitu : Q steam = ΔH steam,in - ΔH steam, out + ΔH perubahan fase
Maka perlu dilakukan perhitungan :
Diketahui ṁ steam,in : 8118,043 kg/h Cp steam : 1,963 kJ/kg. oC T steam,in : 198 oC
T reference : 298 K = 25 oC
Q steam,in = ṁ steam,out . Cp steam . ΔT
= ṁ steam,out . Cp steam .(Tsteam – T reference) = 8118,043 kg/h x 1,963 kJ/kg. oC x(198 – 25) oC
= 2.756.879,15 kJ/h
Diketahui ṁ steam,in : 8118,043 kg/h Cp steam : 4,192 kJ/kg. oC
T steam,in : 90 oC
T reference : 298 K = 25 oC
Q steam,in = ṁ steam,out . Cp steam . ΔT
= ṁ steam,out . Cp steam .(Tsteam – T reference) = 8118,043 kg/h x 4,192 kJ/kg. oC x(90 – 25) oC
= 2.212.004,25 kJ/h
Menghitung ΔH perubahan fase
Q steam = ΔH steam,in - ΔH steam, out + ΔH perubahan fase ΔH perubahan fase = Q steam - ( ΔH steam,in - ΔH steam, out) ΔH perubahan fase = 18.028757,22 - ( 2.756.879,15 - 2.212.004,25) ΔH perubahan fase = 17.483.882,32 kJ/h
Maka neraca energi pada sigri heater (MSFE #13) dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 6.2. Neraca Energi pada Sigri Heater MSFE #13
ΔH Inlet ( kJ/h ) Outlet ( kJ/h ) ΔH spinbath 51.825.045,80 67.307.370,80 ΔH steam 2.756.879,15 2.212.004,25 ΔH flash condensat - 2.546.432,22 ΔH perubahan fase 17.483.882,32 - Jumlah 72.065.807,27 72.065.807,27