LAMPIRAN A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
KapasitasProduk : 100.000 ton/tahun Basis Perhitungan : 1 jamoperasi SatuanOperasi : kg/jam
Waktukerja per tahun : 330 hari Kapasitasproduksi per jam : (
) :12626,26263kg/ jam Kemurnianproduk : 99,85 %
Denganmelakukanperhitunganalur mundurmakakapasitasproduksi dimetil eteradalah
12626,26263kg/jam, namadagang, rumuskimia serta
kadarbahanbakudapatdilihatpadatabel LA.1 berikut:
Nama Dagang Rumus Kimia Kadar BM Metanol Air Total CH3OH H2O 99,5 % 0,5% 100 % 32 18 LA.1. Reaktor (R-101)
Fungsi :Sebagaitempat terjadinya reaksi dehidrasi Metanol sehingga menghasilkan Dimetil Eter yang akan dimurnikan pada proses berikutnya.
Blok diagram : Reaktor (F3) (F4) CH3OH(3) 99,5% H2O(3) 0,5 % CH3OH(4) H2O (4) CH3OCH3(4) F4 = 12626,26263kg/ jam
Dari reaksi :
2 CH3OH(l) ---> CH3OCH3(g) + H2O(g)
Dimana Kondisi Operasi : Temperatur : 2500C Tekanan : 12 atm Konversi : 90%
Neraca Massa total adalah :
Nsin= Nsout+ σsr s = 1,.,.,.,.,.,s (reklaitis, 1942)
Maka :
F3(CH3OH(3)) = F4(CH3OCH3)
Dengan menggunakan basis perhitungan berdasarkan produksi dimetil eter 12626,26263kg/ jam maka diperoleh :
CH3OH(3)masuk = 99,5% x 12626,26263kg/ jam =12563,13131 kg/jam
= 392,5978535 kmol H2O(3)masuk = 0,5% x 12626,26263kg/ jam = 63,13131313 kg/jam
CH3OH(3)bereaksi = 90 % x 392, 5978535 Kmol = 353,3380682 kmol
CH3OCH3bereaksi = ½ x 392, 5978535 Kmol = 176, 6690341 kmol
= 8126,775568 kg/jam CH3OH Sisa = 392,5978535 - 353,3380682 =39,25978535 kmol
= 1256,313131 kg/jam H2O bereaksi = ½ x 353,3380682 kmol = 176,6690341 kmol
= 3180,042614 kg/mol H2O(4) Keluar = 63,13131313 + 3180,042614 = 3243,173927 kg/jam
Berdasarkan perhitungan diatas maka hasil perhitungan keseluruhan dapat dilihat dalam tabel berikut :
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (Kg/jam)
Alur 3 Alur 4 CH3OH H2O CH3OCH3 12563,13131 63,13131313 - 1256,313131 3243,173927 8126,775568 Total 12626,26263 12626,26263
LA.2. Menara Destilasi (MD – 101)
Fungsi : Memisahkan campuran metanol danair sebagai produk bawah dengan dimetil etersebagai produk atas.
Menentukan harga Xf Xf(CH3OH) = = = 0,0991 Xf(H2O) = 0,4549 Xf(CH3OCH3) = 0,4460
Tabel kondisi umpan masuk MD – 101
Persamaan Antoine : ln Pi = A - C T B , dimana P = Bar, T = oK Dimana : A, B dan C adalah Constanta Antoine
Kondisi umpan masuk MD – 101 : P = 1 atm = 1,0133 bar T = 500C = 3230K KOMPONEN Laju Alir (kg/jam) Laju Alir (kmol/jam) fraksi mol (Xi) CH3OH H2O CH3OCH3 1256,3131 3243,1739 8126,7756 39,2598 180,1763 176,6690 0,0991 0,4549 0,4460 TOTAL 12626,2626 396,1051 1,0000 MD - 101 CH3OH(4) H2O (4) CH3OCH3(4) CH3OCH3(5) CH3OH(8) H2O (8) (F4) (F5) (F8)
Nilai bilangan Antoine KOMPONEN A B C CH3OH H2O CH3OCH3 5,20409 3,55959 4,11475 1581,341 643,748 894,669 -33,5 -198,043 -30,604 (Reklaitis, 1983) Dengan menggunakan persamaan antoine maka diperoleh :
Menghitung Tekanan pada DME : ln PiCH3OCH3 = A - C T B = 4,11475- ( 30,604) 323 669 , 894 = 0,7724 bar
Menghitung tekanan pada Metanol : ln PiCH3OH = A - C T B = 5,20409- (-33.5) 323 1581,341 = 0,2035 bar Menghitung tekanan pada Air : ln PiH2O = A - C T B = 3.55959- (-198.043) 323 643,748 = 2,8719bar Menentukan harga Ki KCH3OCH3 = Pi/P = 0,7724 bar / 1,0133 bar = 0,7623 KCH3OH = 0,2008 KH2O = 2,8343
Menentukanharga Yi YiCH3OCH3 = Ki x Xi = 0,7623 / 0,0991 = 0,0756 YiCH3OH = 0,0913 YiH2O = 1,2642
Hasil perhitungan dapat dilihat dalam tabel berikut :
KOMPONEN Fraksi Mol (Xi) Tekanan (Pi) Kesetimbangan (Ki = Pi/P) Fraksi Mol (Yi = Ki . Xi) CH3OCH3 CH3OH H2O 0,0991 0,4549 0,4460 0,7724 0,2035 2,8719 0,7623 0,2008 2,8343 0,0756 0,0913 1,2642 TOTAL 1,0000 1,4311
Berdasarkan Metode Hengtebeck’s F(out) top produk = F(in) x kemurnian produk
F(out)bottom produk = F(in) x (100% - kemurnian produk)
(Fogler, S. 1992) Menentukan laju alir top produk :
F5(CH3OCH3)Top = 176,6690 kmol/jam x 99,85%
= 176,4040 kmol/jam = 8114,5854 kg/jam F5(CH3OH)Top = 39,2009 kmol/jam = 1254,4287 kg/jam
F5(H2O)Top = 0,2703 kmol/jam = 4,8648 kg/jam
Menentukan laju alir bottom produk :
F8(CH3OCH3)Bottom= 176,6690 kmol/jam x (100% - 99,85%)
= 0,2650 kmol/jam = 12,1902 kg/jam F8(CH3OH)Bottom = 0,0589 kmol/jam = 1,8845 kg/jam
F8(H2O)Bottom = 179,9061 kmol/jam = 3238,3092 kg/jam
Kondisi operasi di menara desatilasi (MD – 101): Tekanan : 1 atm = 1,0133 bar
Temperatur : 500C = 3230K Menentukanharga Yi
Yi(CH3OCH3) = Total Mol laju alir / Mol dimetil eter
= 215,8752kmol / 176,4040kmol = 0,8172 Yi(CH3OH) = 0,1816 Yi(H2O) = 0,0013 MenentukanhargaPi Pi(CH3OCH3) = exp(A - B / (T + C) = exp(4,11475–894,669 / (323 + -30,604) = 2,8719 Pi(CH3OH) = 0,7724 Pi(H2O) = 0,2035 Menentukan harga Ki K(CH3OCH3) = Pi/P = 2,8719bar / 1,0133 bar = 2,8343 K(CH3OH) = 0,7623 K(H2O) = 0,2008 Menentukan harga Xi Xi(CH3OCH3) = Yi/Ki = 0,8172Kmol / 2,8343 = 0,2883 Xi(CH3OH) = 0,2382 Xi(H2O) = 0,0062
Tabel hasil perhitungan neraca massa MD–101 top produk KOMPONEN Laju alir kmol/jam Fraksi Mol (Yi) Tekanan (Pi) Kesetimbangan (K = Pi/P) Fraksi mol (Xi = Yi/Ki) Laju alir (kg/jam) CH3OCH3 CH3OH H2O 176,4040 39,2009 0,2703 0,8172 0,1816 0,0013 2,8719 0,7724 0,2035 2,8343 0,7623 0,2008 0,2883 0,2382 0,0062 8114,5854 1254,4287 4,8648 TOTAL 215,8752 1,0000 0,5401 9373,8788
Tabel hasil perhitungan Neraca Massa MD – 101 bottom produk
KOMPONEN Laju Alir kmol/jam Fraksi Mol (Xi) Tekanan (Pi) Kesetimbangan (K = Pi/P) Fraksi Mol (Yi = Xi.Ki) Laju Alir (kg/jam) CH3OCH3 CH3OH H2O 0,2650 0,0589 179,9061 0,0015 0,0003 0,9982 2,8719 0,7724 0,2035 2,8343 0,7623 0,2008 0,0042 0,0002 0,2005 12,1902 1,8845 3238,3092 TOTAL 180,2300 1,0000 0,2049 3252,3838
Tabel neraca massa total untuk MD – 101
KOMPONEN INPUT (Alur 5)(kg/jam) OUTPUT (kg/jam) TOP (Alur 6) BOTTOM (Alur 9) CH3OCH3 1256,3131 8114,5854 12,1902 CH3OH 3243,1739 1254,4287 1,8845 H2O 8126,7756 4,8648 3238,3092 TOTAL 12626,2626 9373,8788 3252,3838 12626,2626
LA.3. CONDENSOR (CD-101)
Fungsi : Memisahkanproduk atas dimetil eter pada MD-101 Gambar :
Kondisi Uap kondensor : P = 1 atm = 1,0133 bar T = 50oC = 323 oK
Neraca bahan total, dimana : V = L + D R = Lo / D (Geankoplis, 1997) V = ( R + 1 ) x D ; D= 215,8752 kmol R = 0,43 V = L + D = (R + 1).x D = (0,43 + 1) x 215,8752 kmol = 308,7015 kmol L = R x D = 0,43 x 215,8752 kmol = 92,8263 kmol
Menentukan laju alir uap masuk kondensor - 101 Laju Alir(CH3OCH3) = Fraksi Mol(CH3OCH3) x V
= 0,8172 x 308,7015 = 252,2578 kmol/jam = 11603,8571 kg/jam
CD - 101
(F5) (F7) (F6) CH3OH(5) H2O (5) CH3OCH3(5) CH3OH(6) H2O (6) CH3OCH3(7)Tabel hasil perhitungan uap masuk kondensor – 101 KOMPONEN Fraksi Mol
(Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH3OCH3 CH3OH H2O 0,8172 0,1816 0,0013 252,2578 56,0573 0,3865 11603,8571 1793,8330 6,9566 TOTAL 1,0000 308,7015 13404,6467
Menentukan laju alir refluks kondensor - 101
Laju Alir(CH3OCH3) = Fraksi Mol(CH3OCH3) x L
= 0,8172 x 92,8263
= 75,8537 kmol/jam = 3489,2717 kg/jam
Tabel hasil perhitungan aliran refluks kondensor – 101 KOMPONEN Fraksi Mol
(Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH3OCH3 0,8172 75,8537 3489,2717 CH3OH 0,1816 16,8564 539,4043 H2O 0,0013 0,1162 2,0918 TOTAL 1,0000 92,8263 4030,7679
Menentukan laju alir uap keluar kondensor - 101 Laju Alir(CH3OCH3) = Fraksi Mol(CH3OCH3) x D
= 0,8172 x 215,8752
= 176,4040 kmol/jam = 8114,5854 kg/jam
18 20 19
L*
V*
B*
Tabel hasil peritungan uap keluar (destilat) kondensor - 101 KOMPONEN Fraksi Mol
(Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH3OCH3 0,8172 176,4040 8114,5854 CH3OH 0,1816 39,2009 1254,4287 H2O 0,0013 0,2703 4,8648 TOTAL 1,0000 215,8752 9373,8788
Tabel neraca massa total kondensor - 101
KOMPONEN INPUT (kg/jam)
Alur 6 OUTPUT (kg/jam) REFLUKS Alur 7 UAP Alur 8 CH3OCH3 11603,8571 3489,2717 8114,5854 CH3OH 1793,8330 539,4043 1254,4287 H2O 6,9566 2,0918 4,8648 TOTAL 13404,6467 4030,7679 9373,8788 13404.6467 LA.4.REBOILER (RB-101)
Fungsi : Untuk menguapkan sebagian campuran produk bottom MD-101 Gambar :
Kondisi Uap kondensor : P = 1 atm = 1,0133 bar T = 50 oC = 323 oK
Feed masukpadakondisi bubble point atau saturated liquid feed, maka q = 1
Sehingga : CH3OH(8) H2O (8) CH3OCH3 (8) CH3OH(9) H2O (9) CH3OCH3(9) CH3OH(10) H2O(10) (F8) (F9) (F10)
L* = F + L
V* = V + ( q – 1 ) x F (Geankoplis, 1997) Neraca Total :
B* = L* - V Dimana :
L* = Komponen trap out V* = Komponen vapor RB-101 F = Komponen feed MD-101 L = Komponen Refluks V = Feed CD-101 Dari perhitungan : F = 396,1051 kmol L = 92,8263 kmol V = 308,7015 kmol
Bahan pada feed RB- 101 (trap out), L* L* = Feed KD-01 + Refluks L
= 488,9315 kmol
Bahan pada Vapor RB- 101, V* V* = V + ( q – 1 ) x F
= 308,7015 Kmol
Bahan pada Bottom RB- 101, B* B* = L* - V*
= 180,23 kmol
Menghitung laju alir umpan masuk reboiler – 101 (L*) Laju Alir(CH3OCH3) = fraksi mol(CH3OCH3) x L*
= 0,0015 x 488,9315 = 0,7189 kmol/jam = 33,0697 kg/jam Tabel perhitungan umpan reboiler -101, L*
KOMPONEN Fraksi mol (Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH3OCH3 0,0015 0,7189 33,0697 CH3OH 0,0003 0,1598 5,1122 H2O 0,9982 488,0528 8784,9507 TOTAL 1,0000 488,9315 8823,1326
Menghitung laju alir refluks reboiler – 101 (V*) Laju Alir(CH3OCH3) = fraksi mol(CH3OCH3) x V*
= 0,0015 x 308,7015 = 0,4539 kmol/jam = 20,8796 kg/jam
Tabel perhitunganRefluks Reboiler -101, V*
KOMPONEN Fraksi mol
(Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH3OCH3 0,0015 0,4539 20,8796 CH3OH 0,0003 0,1009 3,2278 H2O 0,9982 308,1468 5546,6415 TOTAL 1,0000 308,7015 5570,7488
Menghitung laju alir bottom produk reboiler – 101 (B*) Laju Alir(CH3OCH3) = fraksi mol(CH3OCH3) x B*
= 0,0015 x 180,23 = 0,2650 kmol/jam = 12,1902 kg/jam
Tabel perhitungan bottom produk reboiler – 101, B*
KOMPONEN Fraksi mol
(Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH3OCH3 0,0015 0,2650 12,1902 CH3OH 0,0003 0,0589 1,8845 H2O 0,9982 179,9061 3238,3092
TOTAL 1,0000 180,2300 3252,3838
Tabel neraca massa total reboiler – 101
KOMPONEN INPUT (kg/jam)
Alur 9 OUTPUT (kg/jam) REFLUKS (Alur 10) BOTTOM(Alur 11) CH3OCH3 33,0697 20,8796 12,1902 CH3OH 5,1122 3,2278 1,8845 H2O 8784,9507 5546,6415 3238,3092 TOTAL 8823,1326 5570,7488 3252,3838 8823,1326
LA.5. Menara Destilasi (MD – 102)
Fungsi : Memisahkan campuran metanol sebagai produk atas dengan air sebagai produk bawah.
Kondisi umpan masuk MD - 102 KOMPONEN
Fraksi mol (Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH3OCH3 0,0015 0,2650 12,1902 CH3OH 0,0003 0,0589 1,8845 H2O 0,9982 179,9061 3238,3092 TOTAL 1,0000 180,2300 3252,3838 Persamaan Antoine : ln Pi = A - C T B , dimana P = Bar, T = oK Dimana : A, B dan C adalah Constanta Antoine
Kondisi umpan masuk MD – 102 : MD - 102 CH3OH (10) H2O (10) CH3OH(11) H2O(14) (F10) (F11) (F14)
P = 1 atm = 1,0133 bar T = 700C = 3430K
Nilai Bilangan Antoine
KOMPONEN A B C
CH3OH 5,20409 1581,341 -33,5
H2O 3,55959 643,748 -198,043
DME 4,11475 894,669 -30,604
(Reklaitis, 1983) Dengan menggunakan persamaan antoine maka diperoleh :
Menghitung Tekanan pada dimetil eter : ln Pi(CH3OCH3) = A - C T B = 4.11475- ( 30,604) 343 669 . 894 = 3,4933bar
Menghitung tekanan pada Metanol : ln Pi(CH3OH) = A - C T B = 5,20409 - (-33.5) 343 1581.341 = 1,0994 bar
Menghitung tekanan pada Air : ln Pi(H2O) = A - C T B = 3,55959 - (-198.043) 343 643,748 = 0.4142bar
Dengan menggunakan trial error untuk memperoleh data top produk : Kondisi Operasi Menara desatilasi (MD – 102):
Tekanan : 1 atm = 1,0133 bar Temperatur : 700C = 3430K
Berdasarkan Metode Hengtebeck’s F(out) top produk = F(in) x kemurnian produk
F(out)bottom produk = F(in) x (100% - kemurnian produk)
(Fogler, S. 1992) Menentukan laju alir top produk :
F11(CH3OCH3)Top = 0,2650 kmol/jam x 99,5%
= 0,2637 kmol/jam = 12,1292 kg/jam F11(CH3OH)Top = 0,0586 kmol/jam = 1,8750 kg/jam
F11(H2O)Top = 0,8995 kmol/jam = 16,1915 kg/jam
Menentukan laju alir bottom produk :
F14(CH3OCH3)Bottom = 0,2650 kmol/jam x (100% - 99,5%)
= 0,0013 kmol/jam = 0,0610 kg/jam F14(CH3OH)Bottom = 0,0003 kmol/jam = 0,0094 kg/jam
F14(H2O)Bottom = 179,0065 kmol/jam = 3222,1176 kg/jam
MenentukanhargaYi
Yi(CH3OCH3) = Total laju alir / laju alir DME
= 215,8752kmol / 176,4040kmol = 0,2158Kmol Yi(CH3OH) = 0,0480Kmol Yi(H2O) = 0,7362Kmol Menentukanharga Pi Pi(CH3OCH3) = exp(A - B / (T + C) = exp(4,11475–894,669 / (343 + (-30,604))
= 3,4933 Pi(CH3OH) = 1,0994 Pi(H2O) = 0,4142 Menentukan harga Ki K(CH3OCH3) = Pi/P = 3,4933bar / 1,0133 bar = 3,4477 K(CH3OH) = 1,0850 K(H2O) = 0,4088 Menentukan harga Xi Xi(CH3OCH3) = Yi/Ki = 0,2158Kmol / 3.4477 = 0,0626 Xi(CH3OH) = 0,0442 Xi(H2O) = 1,8010
Tabel neraca massa MD – 102 top produk
KOMPONEN Laju alir (kmol/jam) Fraksi Mol (Yi) Tekanan (Pi) Kesetimbangan (K = Pi/P) Fraksi mol (Xi = Yi/Ki) Laju alir (kg/jam) CH3OCH3 0,2637 0,2158 3,4933 3,4477 0,0626 12,1292 CH3OH 0,0586 0,0480 1,0994 1,0850 0,0442 1,8750 H2O 0,8995 0,7362 0,4142 0,4088 1,8010 16,1915 TOTAL 1,2218 1,0000 1,9078 30,1958
Tabel neraca massa MD – 102 bottom produk
KOMPONEN Laju alir (kmol/jam) Fraksi Mol (Yi) Tekanan (Pi) Kesetimbangan (K = Pi/P) Fraksi mol (Xi = Yi/Ki) Laju alir (kg/jam) CH3OCH3 0,0013 0,0000 3,4933 3,4477 0,0000 0,0610 CH3OH 0,0003 0,0000 1,0994 1,0850 0,0000 0,0094
H2O 179,0065 1,0000 0,4142 0,4088 0,4088 3222,1176
TOTAL 179,0082 1,0000 0,4088 3222,1880
Tabel neraca massa total MD - 102 KOMPONEN INPUT (kg/jam)
(Alur 12) OUTPUT (kg/jam) TOP (Alur 13) BOTTOM (Alur 16) CH3OCH3 12,1902 12,1292 0,0610 CH3OH 1,8845 1,8750 0,0094 H2O 3238,3092 16,1915 3222,1176 TOTAL 3252,3838 30.1958 3222,1880 3252,3838 LA.6. CONDENSOR (CD-102)
Fungsi : Mengembunkan produk top MD-102 Gambar :
Kondisi Uap kondenser : P = 1 atm = 1,0133 bar T = 70oC = 343 oK Neraca bahan total, dimana :
V = L + D R = Lo / D (Geankoplis, 1997) V = ( R + 1 ) x D ; D= 1,2218 kmol R = 15,5 V = L + D = (R + 1).x D = (15,5 + 1) x 1,2218 kmol = 20,1598 kmol
CD - 101
(F11) (F13) (F12) CH3OH(11) H2O(11) H2O(12) CH3OH(13)L = R x D
= 15,5 x 1,2218 kmol = 18,9380 kmol
Laju Alir = Fraksi Mol x V = 0,2158 x 20,1598 = 4,3507 kmol/jam = 200,1320 kg/jam
Menentukan laju alir uap masuk kondensor - 102 Laju Alir(CH3OCH3) = Fraksi Mol(CH3OCH3) x V
= 0,2158 x 20,1598
= 4,3507 kmol/jam = 200,1320 kg/jam
Tabel hasil perhitunganlaju alir uap masuk Kondensor – 102
KOMPONEN Fraksi Mol (Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH3OCH3 0,2158 4,3507 200,1320 CH3OH 0,0480 0,9668 30,9383 H2O 0,7362 14,8423 267,1605 TOTAL 1,0000 20,1598 498,2308
Menentukan laju alir uap masuk kondensor - 102 Laju Alir(CH3OCH3) = Fraksi Mol(CH3OCH3) x L
= 0,2158 x 18,9380
= 4,0870 kmol/jam = 188,0028 kg/jam
Tabel hasil perhitungan laju alirrefluks Kondensor - 102
18 20 19
L*
V*
Menentukan laju alir uap masuk kondensor - 102 Laju Alir(CH3OCH3) = Fraksi Mol(CH3OCH3) x D
= 0,2158 x 1,2218
= 0,2637 kmol/jam = 12,1292 kg/jam
Tabel hasil perhitungan laju alir Uap Keluar (destilat) kondensor - 102 KOMPONEN Fraksi Mol
(Xi) Laju Alir (kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH3OCH3 0,2158 0,2637 12,1292 CH3OH 0,0480 0,0586 1,8750 H2O 0,7362 0,8995 16,1915 TOTAL 1,0000 1,2218 30,1958
Tabel neraca massa total kondensor - 102 KOMPONEN INPUT (kg/jam)
(Alur 13) OUTPUT (kg/jam) REFLUKS (Alur 14) UAP (Alur 15) CH3OCH3 200,1320 188,0028 12,1292 CH3OH 30,9383 29,0632 1,8750 H2O 267,1605 250,9690 16,1915 TOTAL 498,2308 468,0350 30,1958 498,2308 LA.7. REBOILER (RB-102)
Fungsi : Untuk menguapkan sebagian campuran produk bottom MD-102 Gambar :
(Xi) (kmol/jam) (kg/jam)
CH3OCH3 0,2158 4,0870 188,0028 CH3OH 0,0480 0,9082 29,0632 H2O 0,7362 13,9427 250,9690 TOTAL 1,0000 18,9380 468,0350 CH3OH(14) H O(16) (F14) (F15) (F16) CH3OH(15) H2O(15)
Kondisi Uap kondenser : P = 1 atm = 1,0133 bar T = 70oC = 243oK
Feed masukpadakondisi bubble point atau saturated liquid feed, maka q = 1
Sehingga : L* = F + L V* = V + ( q – 1 ) x F (Geankoplis, 1997) Neraca Total : B* = L* - V Dimana :
L* = Komponen trap out V* = Komponen vapor RB-101 F = Komponen feed MD-101 L = Komponen Refluks V = Feed CD-101 Dari perhitungan : F = 180,23 kmol L = 54,1170 kmol V = 31,3012 kmol
Bahan pada feed RB- 101 (trap out), L* L* = Feed KD-01 + Refluks L
= 180,23 Kmol + 18,9380 Kmol = 199,1679 kmol
Bahan pada Vapor RB- 101, V* V* = V + ( q – 1 ) x F
Bahan pada Bottom RB- 101, B* B* = L* - V*
= 199,1679 - 20,1598 = 179,0082 kmol
Menghitung laju alir umpan masuk reboiler – 101 (L*) Laju Alir(CH3OCH3) = fraksi mol(CH3OCH3) x L*
= 0,00000074 x 199,1679 = 0,0015 kmol/jam = 0,0678 kg/jam
Tabel hasil perhitungan laju alirumpan reboiler -102, L* KOMPONEN Fraksi Mol (Xi) Laju Alir
(kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH3OCH3 0,0000 0,0015 0,0678 CH3OH 0,0000 0,0003 0,0105 H2O 1,0000 199,1661 3584,9902 TOTAL 1,0000 199,1679 3585,0684
Menghitung laju alir umpan masuk reboiler – 101 (V*) Laju Alir(CH3OCH3) = fraksi mol(CH3OCH3) x V*
= 0,00000074 x 20,1598 = 0,0001 kmol/jam = 0,0069 kg/jam
Tabel hasil perhitungan laju alirrefluks reboiler -102, V* KOMPONEN Fraksi Mol (Xi) Laju Alir
(kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH3OCH3 0,0000 0,0001 0,0069 CH3OH 0,0000 0,0000 0,0011 H2O 1,0000 20,1596 362,8725 TOTAL 1,0000 20,1598 362,8805
Menghitung laju alir umpan masuk reboiler – 101 (B*) Laju Alir(CH3OCH3) = fraksi mol(CH3OCH3) x B*
= 0,00000074 x 179,0082 = 0,0013 kmol/jam = 0,0610 kg/jam
Tabel hasil perhitunganlaju alirbottom produk reboiler – 102, B* KOMPONEN Fraksi Mol (Xi) Laju Alir
(kmol/jam) Laju Alir (kg/jam) CH3OCH3 0,0000 0,0013 0,0610 CH3OH 0,0000 0,0003 0,0094 H2O 1,0000 179,0065 3222,1176 TOTAL 1,0000 179,0082 3222,1880
Tabel neraca massa total reboiler – 102 KOMPONEN INPUT (kg/jam)
(Alur 16) OUTPUT (kg/jam) REFLUKS (Alur 17) BOTTOM (Alur 18) CH3OCH3 0,0678 0,0069 0,0610 CH3OH 0,0105 0,0011 0,0094 H2O 3584,9902 362.8725 3222,1176 TOTAL 3585,0684 362,8805 3222,1880 3585,0684
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA PANAS
Kapasitas : 100.000 ton/tahun Operasi Pabrik : 330 hari/tahun Basis Perhitungan : 1 Jam operasi Temperatur Referensi : 25oC = 2980 K Satuan Panas : Kilo Joule (kJ) Bahan baku : Metanol (CH3OH)
Hasil produksi : Dimetil eter (CH3OCH3)
Panas yang dihitung pada neraca panas ini. meliputi : Panas yang dihitung apabila terjadi perubahan temperatur.
Q = n.Cp .ΔT
dengan : ΔT = T - To
Q : Panas yang dihasilkan/dikeluarkan. kJ. Cp : Kapasitas panas. kJ/kmol.K.
n : Mol senyawa. kmol.
To : Temperatur referensi. 25oC. T : Temperatur senyawa. oC. Keterangan :
T T p p o dT C T C .
4 4 3 3 2 2 4 3 2 . o D o C o B o T T T T T T T T T T A dt DT CT T B A o
Panas laten. yang dihitung apabila terdapat perubahan fase. Q = n.ΔHv
dengan : Q : Panas laten senyawa. kJ. n : Mol senyawa. kmol. ΔHv : Panas penguapan. kJ/kmol.
Panas reaksi. untuk menghitung panas yang dihasilkan dari reaksi kimia di reaktor. ΔHR2980 K = ΔHf produk – ΔHf reaktan
dengan : ΔHf = Panas pembentukan suatu senyawa pada 25oC. kJ/kmol.Untuk
kondisi temperatur reaksi bukan pada 25oC. panas reaksi dihitung dengan menggunakan rumus : ΔHR= ΔHR298.15K +
produk reak CpdT n CpdT n tan LB.1. Reaktor (R-101)Fungsi : Sebagaitempat terjadinya reaksi
dehidrasiMetanolsehinggamenghasilkanDimetilEter yang akandimurnikanpada proses berikutnya.
Kondisi operasi : 2500C = 5230K Tekanan : 12 atm = 12.1596 Bar Dari reaksi :
2 CH3OH(l) ---> CH3OCH3(g)+ H2O(g)
Menentukan entalpy pembentukan produk dalam reaktor – 101 ΔH(CH3OH) = laju alir x ∆Hf(CH3OH)
= 39,25978535 x (-201,16672) = -7897,762247 kj/jam Reaktor CH3OH(F3) H2O (F3) CH3OH(F4) H2O(F4) CH3OCH3(F4)
Tabel panas pembentukan produk reaktor - 101 Komponen Laju Alir (kmol) ∆Hv (Kj/Kmol) ∆H produk (Kj/jam) CH3OH 39,25978535 -201,16672 -7897,762247 CH3OCH3 176,6690341 -184,05416 -32516,67067 H2O 180,1763293 -238,82272 -43030,20103 Total 396,1051487 -83444,63395
Menentukan entalpy pembentukan reaktan dalam reaktor – 101 ΔH(CH3OH) = laju alir x ∆Hv(CH3OH)
= 392,5978535 x (-201,16672) = -78977,62247 kj/jam
Q(CH3OH)(masuk) = n(CH3OH) x Cpdt
= 392,5978535 x 29,0205512 = 11393,40611 kj/jam
Panas pembentukan Reaktan
Komponen Laju Alir (kmol) ∆Hv (Kj/Kmol) ∆H produk (Kj/jam) Panas masuk reaktor (Q(masuk)) CH3OH 392,5978535 -201,16672 -78977,62247 11393,40611 H2O 3,507295174 -238,82272 -837,6217733 28,68482256 total 396,1051487 -79815,24425 11422,09093 i reak o f i product i o f i o r v H v H H
tan (Eq.9.3-1,Felder&Rousseau2ndedition) 5) 79815,2442 ( -5 83444,6339 - H or = -3629.389702 Kj/jamΔH = o r H + (
produk reak i i i iH n H n ) tan (Eq.9.52,Felder&Rousseau2ndaedition) = -3629.389702 Kj + (-83444,63395-(-79815,24425)) = -7258,779403 KjMenentukan panas produk dan sisa dari reaktor – 101 ΔH(CH3OH) = laju alir x Cpdt(CH3OH)
= 392,5978535 x 29,0206 = 11393,40611 kj/jam
Panas Produk dan Sisa keluar dari reaktor
Komponen Laju Alir (kmol) Cpdt Q(sisa) CH3OH 392,5978535 29,0206 11393,40611 CH3OCH3 176,6690341 19,7832 3495,073709 H2O 180,1763293 8,178617 1473,593119 Total 749,4432169 16362,07294
Reaksi yang berlangsung merupakan reaksi eksoterm, sehingga memerlukan sistem air pendingin untuk menjaga temperatur yang konstan.
Air pendingin yang digunakan,
Tin = 30 oC = 303 oK. Cp = 4,184 kJ/kg oK.
Tout = 70 oC = 343 oK.
Jumlah air yang dibutuhkan (m) m = T Cp Qw . m = 13,85515 Kg
Panas air pendingin masuk Reaktor Qw in
Qw in = m x Cp x ΔT
= 13,85515 kg x 4,184 kJ/kg .K x (303 – 298)K = 289,8496747 Kj
Panas air pendingin keluar Reaktor , Qw out
Qw out = m x Cp x ΔT
= 13,85515 kg x 4,184 kJ/kg .K x (333 – 298)K = 2608,647072 Kj
Neraca panas total reaktor (R-101)
Masuk Alur 3 (Kj/Jam) Keluar Alur 4 (Kj/jam) Q(masuk) 11422.09093 Q (sisa) 16362.07294
Q (reaksi) 7258.779403 Q(w)(keluar) 2608.647072
Q(w)(masuk) 289.8496747
Total 18970.72001 18970.72001 LB.2. Cooler 1 (C-101)
Fungsi : Untuk Menurunkan temperatur produk dimetil eter dari dalam reaktor Digunakan media pendingin Amonia
T masuk = 5230K T keluar = 4230K
Menentukan fraksi mol dari cooler – 101
X(CH3OH) = Laju alir CH3OH / Laju alir total
= 39,25978535 / 396,1051487 = 0,099115 Menentukan Cp metanol = X(CH3OH) x Cpdt = 0,099115 x 29,0205512 = 2,876359004
Tabel hasil perhitungan cooler - 101 Komponen Laju Alir
(kmol) Fraksi Mol (X) Cpdt X.Cpdt CH3OH 39,25978535 0,099115 29,0205512 2,876359004 CH3OCH3 176,6690341 0,446015 19,78317099 8,823600806 H2O 180,1763293 0,45487 8,17861661 3,72020693 Total 396,1051487 1,0000 56,98233879 15,42016674
CpCampuran = 15,42016674 Kj/Kmol.K
Tamonia masuk = 2480 K
Tamonia keluar = 3230 K
CpAmmonia = 36,3989 kJ/kmol.K
Massa Ammonia yang dibutuhkan dicari dengan mentrial n Ammonia, dengan patokan Qfluida panas = Qfluida dingin
Qh = Hot fluid ) .( .Cp T2 T1 n H Qh Qh = 396.1051487 x 15,42016674 x (523-423)K = 610800.7439 Kj Qc = Cold fluid ) .( .Cp T2 T1 n H Qc Qc = 223,7435094 x 36,3989 x (323 – 248) = 610800,7439 Kj
Neraca Panas total Cooler 1 (C – 101)
LB.3. Cooler 2 (C – 102)
Fungsi : Untuk Menurunkan temperatur produk dari reaktor Tmasuk = 4230 K
Tkeluar = 3230 K
Menentukan fraksi mol dari cooler – 102
X(CH3OH) = Laju alir CH3OH / Laju alir total
= 39,25978535 / 396,1051487 = 0,099115
Q masuk Q keluar
Menentukan Cp metanol
= X(CH3OH) x Cpdt
= 0,099115 x 20,42816344 = 2,024728
Tabel hasil perhitungan cooler - 102 komponen Laju Alir
(kmol) Fraksi mol (X) Cpdt X.Cp CH3OH 39,25978535 0,09911455 20,42816344 2,024728 CH3OCH3 176,6690341 0,4460155 18,01884642 8,036685 H2O 180,1763293 0,45486995 8,066680836 3,669291 Total 396,1051487 1,00000 46,51369069 13,7307 CpCampuran = 13.73070374 Kj/Kmol.K Tamonia masuk = 2480 K Tamonia keluar = 3230 K CpAmmonia = 36,3989 kJ/kmol.K
Massa Ammonia yang dibutuhkan dicari dengan mentrial n Ammonia, dengan patokan Qfluida panas = Qfluida dingin
Qh = Hot fluid ) .( .Cp T2 T1 n H Qh Qh = 396,1051487 x 13,73070374 x (423-323) = 543880,2447 Kj Qc = Cold fluid ) .( .Cp T2 T1 n H Qc Qc = 396,1051487 x 36,3989 x (398 – 323) = 610800,7439 Kj
Neraca Panas total Cooler 2 (C – 102)
Q masuk Q keluar
LB.4. Menara Destilasi 1 (MD – 101)
Fungsi : untuk memisahkan Campuran Metanol Air produk bawah dengan Dimetil eter sebagai produk atas.
Kondisi Operasi Umpan masuk menara destilasi Tmasuk = 3230K
Tekanan = 1,0133 Bar Treffrensi = 2980K
Menentukan panas umpan masuk menara destilasi – 101 Q(CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 39,25978535 x 11,91278 = 467,6932233 kj/jam
Tabel hasil perhitungan Panas umpan masuk Komponen Laju Alir
(kmol) Cpdt Qmasuk CH3OH 39,25978535 11,91278 467,6932233 CH3OCH3 176,6690341 16,32466 2884,061345 H2O 180,1763293 7,998193 1441,085109 Total 396,1051487 4792,839677 Menentukan panas destilat keluar menara destilasi – 101 Q(CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 39,20089568 x 11,91278 = 466,9916834 kj/jam
Tabel hasil perhitungan panas yang keluar berupa destilat Komponen Laju Alir
(kmol) Cpdt Qkeluar CH3OH 39,20089568 11,91278 466,9916834 CH3OCH3 176,4040305 16,32466 2879,735253 H2O 0,270264494 7,998193 2,161627664 Total 215,8751907 3348,888564
Menentukan panas bottom produk menara destilasi – 101 Q(CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 0,058889678 x 11,91278 = 0,701539835 kj/jam
Tabel hasil perhitungan panasbottom produk Komponen Laju Alir
(kmol) Cpdt Qbottom CH3OH 0,058889678 11,91278 0,701539835 CH3OCH3 0,265003551 16,32466 4,326092018 H2O 179,9060648 7,998193 1438,923481 Total 180,229958 1443,951113
Tabel neraca panas total pada menara destilasi
Q masuk Q keluar
Q feed (Alur 5) 4792,839677 Q top(Alur 6) 3348,888564
Q bottom (Alur 9) 1443,951113
Total 4792,839677 4792,839677
LB.5. Kondensor (CD – 101)
Fungsi : Mengkondensasikan produk dari menara destilasi Kondisi Operasi Pada Kondensor
Tmasuk = 3230K
Treffrensi = 2980K
Menentukan panas umpan masuk kondensor – 101 Qfeed (CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 56,05728082 x 11,912781 = 667,7981073 kj/jam
Tabel hasil perhitungan panas umpan masuk kondensor - 101 Komponen Laju Alir
(kmol) Cpdt Q(feed) CH3OH 56,05728082 11,912781 667,7981073 CH3OCH3 252,2577637 16,3246568 4118,021412 H2O 0,386478226 7,9981933 3,091127559 Total 308,7015227 4788,910647
Menentukan panas penguapan kondensor – 101 Quap (CH3OH) = n(CH3OH) x Huap(CH3OH)
= 56,05728082 x 1085000 = 60822149,69 kj/jam
Tabel hasil perhitungan panas penguapan dalan kondensor - 101 Komponen Laju Alir
(kmol) Hv Q(laten) CH3OH 56,05728082 1085000 60822149,69 CH3OCH3 252,2577637 111640 28162056,74 H2O 0,386478226 40656 15712,65877 Total 308,7015227 88999919,08
Panas aliran masuk Kondensor =88999919,08 + 4788,910647 = 89004707,99 kJ
Menentukan panas refluks keluar kondensor – 101 Qrefluks (CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 16,85638514x 11,912781 = 200,8064239 kj/jam
Tabel hasil perhitungan panas refluks Keluar kondensor - 101 Komponen Laju Alir
(kmol) Cpdt Q(Refluks) CH3OH 16,85638514 11,912781 200,8064239 CH3OCH3 75,85373313 16,3246568 1238,286159 H2O 0,116213732 7,9981933 0,929499895 Total 92,826332 1440,022083
Menentukan panas destilat keluar kondensor – 101 Qdestilat (CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 39,20089568x 11,912781 = 466,9916834 kj/jam
Tabel hasil perhitungan panas destilat keluar kondensor - 101 Komponen Laju Alir
(kmol) Cpdt Q(destilat) CH3OH 39,20089568 11,912781 466,9916834 CH3OCH3 176,4040305 16,3246568 2879,735253 H2O 0,270264494 7,9981933 2,161627664 Total 215,8751907 3348,888564
Beban Panas kondensor
QCD = (Qumpan + QLaten) – (Qdestilat+ Qrefluks)
= 88999919,08kj/jam
Air pendingin yang digunakan,
T in = 30 oC = 303oK T out = 40 oC = 313oK Cp = 4,184 J/kg oK T Cp Qcd m . m = 303) -(313 x 184 , 4 kJ 8 88999919,0 = 2127149,12kg
Panas air pendingin masuk CD – 101, Qw in
Qw in = m x Cp x ΔT
= 2127149,12kg x 4,184 kJ/kg .K x (313 – 298)K = 44499959,5 kj/jam
Panas air pendingin keluar CD – 101, Qw out
Qw out = m x Cp x ΔT
= 133499878,6 kj/jam
Tabel neraca panas totalkondensor (CD – 101)
Q masuk Q keluar Q feed 89004707,99 Q refluks 1440,022083 Qw in 44499959,54 Q destilat 3348,888564 Qw out 133499878,6 133504667,5 133504667,5 LB.6. Reboiler (RB – 101)
Fungsi : Untuk menguapkan sebagian campuran produk bottomMenara Destilasi Kondisi Operasi Reboiler
Tmasuk = 323 0 K
Tkeluar = 298 0 K
Menentukan panas umpan masuk reboiler - 101 Qfeed (CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 0,15975,7111 x 11,91278096 = 1,903151474 kj/jam
Panas Umpan Masuk Reboiler Komponen Laju Alir
(kmol) Cpdt Q(feed) CH3OH 0,159757111 11,91278096 1,903151474 CH3OCH3 0,718907001 16,32465678 11,73591005 H2O 488,0528166 7,998193298 3903,540767 Total 488,9314807 3917,179828
Menentukan panas refluks reboiler - 101 Qrefluks (CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 0,100867433x 11,91278096 = 1,201611639kj/jam
Tabel hasil perhitungan panas refluks reboiler - 101 Komponen Laju Alir CPdt Q(refluks)
(kmol)
CH3OH 0,100867433 11,91278096 1,201611639
CH3OCH3 0,45390345 16,32465678 7,409818035
H2O 308,1467518 7,998193298 2464,617285
Total 308,7015227 2473,228715
Menentukan panas bottom produk reboiler - 101 Qbottom (CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 0,058889678x 11,91278096 = 0,701539835kj/jam
Tabel hasil perhitungan panas bottom produkreboiler - 101 Komponen Laju Alir
(kmol)Kmol CPdt Q(Keluar) CH3OH 0,058889678 11,91278096 0,701539835 CH3OCH3 0,265003551 16,32465678 4,326092018 H2O 179,9060648 7,998193298 1438,923481 Total 180,229958 1443,951113
Panas yang disuplai reboiler (QRB) = 88999919,08 kJ
Persamaan Overall Neraca Panas Reboiler : QUmpan + QRB = QLiquid + QBottom
Panas liquid masuk ke Menara Destilasi : QLiquid = QUmpan + QRB – QBottom
= 3917,179828 kj + 88999919,08 kj–1433,951113 kj = 89002392,31 kj/jam
Sebagai media pemanas digunakan saturated steam dengan temperatur 110oC Dari tabel steam, untuk saturated steam pada T = 110oC diperoleh data :
Entalpi liquid jenuh, HL = 251,13 kJ/kg
Entalpi uap jenuh, HV = 2609,6 kJ/kg
Panas laten, λ = 2358,47 kJ/kg Jumlah steam yang dibutuhkan :
RB Q m = kg Kj / 47 , 2358 kJ 8 88999919,0 = 37736,29475kgPanas yang dibawa oleh steam masuk (Qs-in)
Qs-in = m x HV
= 37736,29475kg x 2609,6 kJ/kg = 98476634,78 kj/jam
Panas yang dibawa oleh steam keluar (Qs-out)
Qs-out = m x HL
= 37736,29475kg x 251,13 kJ/kg = 9476715,701kj/jam
Tabel neraca panas total reboiler - 101
Q in Q out Q feed 3917,179828 Q keluar 1443,951113 Qs in 98476634,78 Q Liquid 89002392,31 Qs out 9476715,701 Total 98480551,96 98480551,96 LB.7. Heater (E - 102)
Fungsi : Memanaskan Umpan yang akan disuplai ke menara destilasi 2 Kondisi Operasi Heater
T = 3230 K TReffrensi = 2980 K
Qfeed (Metanol) = n x Cpdt
= 0,058889678 x 11,91278096 = 0,701539835 kj
Menentukan panas umpan masuk heater - 102 Qfeed (CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 0,058889678x 11,91278096 = 0,701539835kj/jam
Tabel hasil perhitungan panas umpan masukheater - 102 Komponen Laju Alir
(kmol) Cpdt Q(feed) CH3OH 0,058889678 11,91278096 0,701539835 CH3OCH3 0,265003551 16,32465678 4,326092018 H2O 179,9060648 7,998193298 1438,923481 Total 180,229958 1443,951113
Panas Umpan keluar dari heater T = 3430 K
Treffrensi = 2980 K
Menentukan panas umpan keluar heater - 102 Qkeluar (CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 0,058889678x 13,60763532 = 0,801349263kj/jam
Tabel hasil perhitungan umpan keluar heater - 102 Komponen Laju Alir
(kmol) Cpdt Q(keluar) CH3OH 0,058889678 13,60763532 0,801349263 CH3OCH3 0,265003551 16,65469195 4,413552509 H2O 179,9060648 8,009410327 1440,941493 Total 180,229958 1446,156395
Panas yang diberikan steam, Qs : Qs = Qkeluar – Qmasuk
= (1446,156395 – 1443,951113) kJ = 2,205281588 kJ
Sebagai media pemanas digunakan saturated steam dengan temperatur 110oC Dari tabel steam, untuk saturated steam pada T = 110oC diperoleh data :
Entalpi uap jenuh, HV = 2643,7 kJ/kg
Panas laten, λ = 2308,79 kJ/kg Jumlah steam yang dibutuhkan :
s Q m= 1046,936596 kg
Panas yang dibawa oleh steam masuk (Qs-in)
Qs-in = m x HV
= 1046,936596 kg x 2643,7 kJ/kg = 2767786,28 kJ
Panas yang dibawa oleh steam keluar (Qs-out)
Qs-out = m x HL
= 1046,936596 kg x 334,91 kJ/kg = 350629,5355 kJ
Tabel neraca panas total pada heater - 102
Q masuk Q keluar
Q feed 1443,951113 Q keluar 1446,156395
Qs in 2767786,28 Qs out 2767784,075
2769230,231 2769230,231
LB.8. Menara Destilasi 2 (MD – 102)
Fungsi : untuk memisahkan Campuran Metanol Air produk bawah dengan Dimetil eter sebagai produk atas.
Kondisi Operasi Umpan masuk menara desrilasi Tmasuk = 3430K
Tekanan = 1,0133 Bar Treffrensi = 2980K
Menentukan panas umpan masuk menara destilasi - 102 Qfeed(CH3OH = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 0,058889878 x 13,6076353 = 0,801349263 kj/jam
Komponen Laju Alir (kmol) Cpdt Q(feed) CH3OH 0,058889678 13,6076353 0,801349263 CH3OCH3 0,265003551 16,6546919 4,413552509 H2O 179,9060648 8,00941033 1440,941493 Total 180,229958 1446,156395
Menentukan panas destilat keluar menara destilasi - 102 Qdestilat(CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 0,05859523x 13,6076353 = 0,797342516kj/jam
Tabel hasil perhitungan panasdestilat keluar menara destilasi - 102 Komponen Laju Alir
(kmol) Cpdt Q(destilat) CH3OH 0,05859523 13,6076353 0,797342516 CH3OCH3 0,263678533 16,6546919 4,391484747 H2O 0,899530324 8,00941033 7,204707466 Total 1,221804087 12,39353473
Menentukan panas yang terkondensasi menara destilasi - 102 Qterkondensasi (CH3OH) = n(CH3OH) x Huap(CH3OH)
= 0,966821289x 1114327,81 = 1077355,849kj/jam
Tabel hasil perhitungan panas terkondensasi menara destilasi - 102 Komponen Laju Alir
(kmol) Hv Q(terkondensasi) CH3OH 0,966821289 1114327,81 1077355,849 CH3OCH3 4,350695801 115757,476 503625,5641 H2O 14,84225034 41488,8664 615788,1423 Total 20,15976743 2196769,555
Menentukan panas bottom produk menara destilasi - 102 Qbottom(CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 0,000294448x 13,6076353 = 0,004006746kj/jam
Tabel hasil perhitungan panas bottom produk menara destilasi - 102 Komponen Laju Alir
(kmol) Cpdt Q(bottom) CH3OH 0,000294448 13,6076353 0,004006746 CH3OCH3 0,001325018 16,6546919 0,022067763 H2O 179,0065344 8,00941033 1433,736786 Total 179,0081539 1433,76286
Persamaan overall neraca panas menara destilasi (MD - 102) : QUmpan Masuk+ QRB = QDestilat + QBottom+ Qkondensor
QRB = QDestilat + QBottom+ QKondensor–QUmpan Masuk
= 12,39353473 kJ + 1433,76286 kJ + 2196769,555 kJ –1446,156395 kJ = 2196769,56 kJ
Tabel neraca panas total menara destilasi (MD – 102)
Q masuk Q keluar Q feed 1446,156395 Q destilat 12,39353473 Q RB 2196769,555 Q buttom 1433,76286 Q kondensor 2196769,555 total 2198215,711 2198215,711 LB.9. Kondensor (CD – 102)
Fungsi : Mengkondensasikan produk dari menara destilasi Kondisi Operasi Pada Kondensor
Tmasuk = 3430K
Treffrensi = 2980K
Menentukan panas umpan masuk kondensor - 102 Qfeed(CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 0,966821289 x 13,6076353 = 13,15615152 kj/jam
Tabel hasil perhitungan panas umpan masuk kondensor - 102 Komponen Laju Alir
(kmol) Cpdt Qfeed CH3OH 0,966821289 13,6076353 13,15615152 CH3OCH3 4,350695801 16,6546919 72,45949832 H2O 14,84225034 8,00941033 118,8776732 Total 20,15976743 204,493323
Menentukan panas penguapan kondensor - 102 Qpenguapan(CH3OH) = n(CH3OH) x Huap(CH3OH)
= 0,966821289 x 1114327,81 = 1077355,849kj/jam
Tabel hasli perhitungan panas penguapan dalan kondensor- 102 Komponen Laju Alir
(kmol) Hv Qlaten CH3OH 0,966821289 1114327,81 1077355,849 CH3OCH3 4,350695801 115757,476 503625,5641 H2O 14,84225034 41488,8664 615788,1423 Total 20,15976743 2196769,555
Panas aliran masuk Kondensor = 2196769,555 + 204,493323 = 2196974,048 kJ
Menentukan panas refluks kondensor - 102 Qrefluks(CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 0,908226059x 13,6076353 = 12,35880901kj/jam
Tabel hasil perhitungan panas refluks keluar kondensor - 102 Komponen Laju Alir
(kmol) Cpdt Qrefluks CH3OH 0,908226059 13,6076353 12,35880901 CH3OCH3 4,087017267 16,6546919 68,06801357 H2O 13,94272002 8,00941033 111,6729657 Total 18,93796335 192,0997883
Menentukan panas destilat kondensor - 102 Qdestilat(CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 0,05859523x 13,6076353 = 0,797342516kj/jam
Tabel hasil perhitungan panas destilat keluar kondensor - 102 Komponen Laju Alir
(kmol) Cpdt Qdestilat CH3OH 0,05859523 13,6076353 0,797342516 CH3OCH3 0,263678533 16,6546919 4,391484747 H2O 0,899530324 8,00941033 7,204707466 Total 1,221804087 12,39353473
Beban Panas kondensor
QCD = (Qfeed+ QLaten) – (Qdestilat+ Qrefluks)
= (2196769,555 kJ + 2196769,555Kj) – (12,39353473 kJ + 192,0997883 kJ = 2196769.555 kj/jam
Air pendingin yang digunakan,
T in = 30 oC = 303oK T out = 50 oC = 323 oK Cp = 4,184 J/kg oK T Cp Qcd m . m = 303) -(323 x 184 , 4 kJ 5 2196769.55 = 26252,0262kg
Panas air pendingin masuk CD – 02, Qw in
Qw in = m x Cp x ΔT
= 26252,0262kg x 4,184 kJ/kg .K x (303 – 298)K = 549192,389 kj/jam
Panas air pendingin keluar CD – 02, Qw out
Qw out = m x Cp x ΔT
= 26252,0262kg x 4,184 kJ/kg .K x (323 – 298)K = 2745961,94 kJ
Tabel neraca panas total kondensor - 102
LB.10. Reboiler (RB – 102)
Fungsi : Fungsi : Untuk menguapkan sebagian campuran produk bottomMenara Destilasi
Kondisi Operasi Reboiler Tmasuk = 3430 K
Tkeluar = 2980 K
Menentukan panas umpan masuk reboiler - 102 Qfeed (CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 0,000327609 x 13,60764 = 0,004457983 kj/jam
Tabel hasil perhitungan panas umpan masuk reboiler - 102 Komponen Laju Alir
(kmol) CPdt Qfeed CH3OH 0,000327609 13,60764 0,004457983 CH3OCH3 0,00147424 16,65469 0,024553018 H2O 199,1661195 8,00941 1595,203174 Total 199,1679213 1595,232185 Menentukan panas refluks reboiler - 102
Qrefluks (CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 3,31606E-05 x 13,60764 = 0,000451237 kj/jam Q masuk Q keluar Q feed 2196974.048 Q refluks 192.0997883 QWin 549192.3888 Q destilat 12.39353473 QWout 2745961.944 2746166.437 2746166.437
Tabel hasil perhitungan panas refluks reboiler - 102 Komponen Laju Alir
(kmol) CPdt Qrefluks CH3OH 3,31606E-05 13,60764 0,000451237 CH3OCH3 0,000149223 16,65469 0,002485255 H2O 20,15958505 8,00941 161,4663887 Total 20,15976743 161,4693252 Menentukan panas bottom produk reboiler - 102 Qbottom (CH3OH) = n(CH3OH) x Cpdt(CH3OH)
= 0,000294448 x 13,60764 = 0,004006746 kj/jam
Tabel hasilperhitungan panas bottom produkreboiler - 102 Komponen Laju Alir
(kmol) CPdt Qbottom CH3OH 0,000294448 13,60764 0,004006746 CH3OCH3 0,001325018 16,65469 0,022067763 H2O 179,0065344 8,00941 1433,736786 Total 179,0081539 1433,76286 Panas yang disuplai reboiler (QRB) = 2196769,555 kJ
Persamaan Overall Neraca Panas Reboiler : Qfeed + QRB = QLiquid + QBottom
Panas liquid masuk ke Menara Destilasi : QLiquid = QUmpan + QRB – QBottom
= 1595,232185 kJ + 2196769,555 kJ –1433,76286 kJ = 2196931,024 kj/jam
Sebagai media pemanas digunakan saturated steam dengan temperatur 110oC Dari tabel steam, untuk saturated steam pada T = 110oC diperoleh data :
Entalpi liquid jenuh, HL = 334,91 kJ/kg
Entalpi uap jenuh, HV = 2634,7 kJ/kg
Panas laten, λ = 2308,79 kJ/kg Jumlah steam yang dibutuhkan :
RB Q m = kg Kj / 79 , 2308 kJ 5 2196769,55 = 951,4808861kgPanas yang dibawa oleh steam masuk (Qs-in)
Qs-in = m x HV
= 951,4808861kg x 2634,7 kJ/kg = 2515430,019 kj/jam
Panas yang dibawa oleh steam keluar (Qs-out)
Qs-out = m x HL
= 951,4808861kg x 334,91 kj/kg = 318660,4636kj/jam
Tabel neraca panas total reboiler -102
Q in Q out Qfeed 1595,232185 Q keluar 1433,76286 Qs in 2515430,019 Q Liquid 2196931,024 Qsout 318660,4636 Total 2517025,251 2517025,251 LB.11. Cooler 3 (C – 103)
Fungsi : Untuk Menurunkan temperatur produk dari reaktor Tmasuk = 3430 K
Tkeluar = 3230 K
Menentukan fraksi mol dari cooler – 101
X(CH3OH) = Laju alir CH3OH / Laju alir total
= 0,000294448/ 179,0081539 = 1,64489E-06
Menentukan Cp metanol
= 1,64489E-06 x 13,60763532 = 2,2383E-05
Komponen Laju Alir (kmol) Fraksi mol (X) Cpdt X.Cpdt CH3OH 0,000294448 1,64489E-06 13,60763532 2,2383E-05 CH3OCH3 0,001325018 7,402E-06 16,65469195 0,000123278 H2O 179,0065344 0,999990953 8,009410327 8,009337867 Total 179,0081539 38,2717376 8,009483528 CpCampuran = 8,009483528 Kj/Kmol.K TAir masuk = 3030 K TAir keluar = 3230 K CpAir = 4,1840 kJ/kmol.K
Massa Air yang dibutuhkan dicari dengan menterial Air, dengan patokan Qfluida panas = Qfluida dingin
Qh = Hot fluid ) .( .Cp T2 T1 n H Qh Qh = 179,008153 x 8,009483528 x (343-323) = 57350,51441 kj/jam Qc = Cold fluid ) .( .Cp T2 T1 n H Qc Qc = 57350,51441 x 4,1840 x (323 – 303) = 57350,51441 kj/jam
Neraca Panas total Cooler 3 (C – 103)
Q masuk Q keluar
Qh 57350,51441 Qc 57350,51441
PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT
1. Tangki Penyimpanan
1.1 Tangki Penyimpanan Dimetil Eter
T-101 : Menyimpan dimetil eter untuk kebutuhan 30 hari Bahan konstruksi : Low Alloys Steel SA 202 B
Bentuk : Silinder Horizontal dengan penutup torrispherical dished
head
Jenis sambungan : Single welded butt joints Jumlah : 1 unit
*) Perhitungan untuk T-101 Kondisi operasi :
Tekanan = 11 atm
Temperatur = 30 C = 303 oK Laju alir massa = 9373,878827kg/jam
Densitas = 677kg/m3
Kondisi = Cair
Kebutuhan perancangan = 30 hari Faktor kelonggaran = 20 % Perhitungan:
a. Volume tangki
Kapasitas tangki,Vg =9969,265518m3
Volume Spherical, Vt = (1 + 0,2) x 9969,265518m3 = 11963,11862m3
b. Volume 2 Tutup dan Shell
Direncanakan : H/D = 4/3 = 1,33 L/D = 3/1 = 3
Volume 2 Tutup, Vh = 2[0,0778 D3 (2) (H/D)2 (1,5-H/D)] (Walas,2010) = 2[0,0778 D3 (2) (01,33)2 (1,5-1,33)]
= 0,09220 D3
Φ = 2 Arc Cos (1-1,6) (Walas,2010)
= 4,4286 rad
Volume Shell =
π
D
2L
1
sin
4
2π
=π
D
2L
1
4,4286 sin 4,4286
4
2π
= 0,6736 D2 L Karena L = 3 D ; maka Volume Shell = 0,6736 (3) D2 = 2,0207D3Volume 2 Tutup + Shell = 0,0922 D3 + 2,0207 D3 = 2,1129 D3
c. Diameter (D) dan Tinggi Tangki
Diameter, D =
2,1129
2
11963,1186
3 = 17,8232m Jari-jari, r = 1,0565 m Tinggi Shell = 23,7744m Tinggi Tutup = 1,0564m Tinggi Total = 25,8873md. Tebal Shell dan Head dan Bottom
Allowable Stress, SA = 21250 psi = 146513,5863 kPa Joint Efficiency, E = 0,80
Corrotion Factor, Ca = 0,125 in/thn = 0,00138 m/thn P Operasi = 1atm = 101,325 kPa
Faktor kelonggaran = 0,2 Umur = 10 Tahun P hidrostatik = 118249,9986kPa P design = 1512,209984kPa Tebal Shell, C . 6 , 0 . . P E S R P t (peters, 1991) C . 6 , 0 . . P E S R P t t = 0,03177 m = 1,2510 in
Tebal shell standar yang digunakan = 2 in (Brownell, 1959) r/L = 0,01975 L = D = 7,2269 m M =
1/2 3 L/r 4 (Walas, 1988) = 4 ) 0,01975 / 1 ( 3 1/2 = 2,5289 mTebal head = P L M +Ca n 2 S E - 0,2 P
(Walas, 1988)
= 0,05970m = 2,3504 in
Tebal headstandar yang digunakan = 2,5 in (Brownell, 1959)
1.2 Tangki Penyimpanan Metanol
1. T-102 : Menyimpan Metanol untuk kebutuhan 30 hari Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 Grade C
Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jenis sambungan : Single welded butt joints
T-102
*) Perhitungan untuk T-102 Kondisi operasi :
Tekanan = 1 atm
Temperatur = 30 C
Laju alir massa = 12626,26263kg/jam
Densitas = 791,5 kg/m3
Kebutuhan perancangan = 15 hari Faktor keamanan = 10 % Perhitungan: a. Volume tangki Volume larutan,Vl = 3 / 5 , 791 jam/hari 24 x hari 15 x kg/jam 3 12626,2626 m kg = 5742,835812m3 Volume tangki, Vs = (5742,835812 x 0,1) +5742,835812m3 = 6317,119394m3 b. Diameter dan tinggi shell
Direncanakan :
Tinggi shell : diameter (Hs : D = 3 : 2)
Tinggi head : diameter (Hh : D = 1 : 4)
- Volume shell tangki ( Vs)
Vs = 3 3 8D Di = 3 / 1 3 8 Vs x D = 22,0561 m T - 101
- Volume tutup tangki (Vh) Vh = 3 24D = 1403,8030 m3 (Walas,1988) - Volume tangki (V) V = Vs + Vh = 6317,119394+1403,8030 = 7019,0209m3 - Tinggi tangki (H) Hs = 3/2D = (3/2) x 22,0561 = 26,2589m
c. Diameter dan tinggi tutup
Diameter tutup = diameter tangki = 17,5060m
Hh = 17,5060 4 1 4 1 D = 4,3765m Ht (Tinggi tangki) = Hs + 2Hh = 35,0119 m
d. Tebal shell tangki
Tinggi cairan dalam tangki = m 14038,0418 m 2 5742,83581 3 3 x 44,1123m = 36,0918m PHidrostatik = x g x l = 279,9536kPa = 2,7629atm
P0 = Tekanan operasi = 1 atm
Faktor kelonggaran = 5 %
Pdesign = (1 + 0,05) x (2,7629atm + 1 atm)
= 3,9511 atm
D = 17,5060m r = 8,7530m
Allowable stress (S) = 932,2297 atm (Brownell,1959) Faktor korosi = 0,00032 cm
Tebal shell tangki: C . 6 , 0 . . P E S R P t (Peters, 1991) t = 0,0374 m = 3,7448cm
Tebal shell standar yang digunakan = 2,5 in (Brownell, 1959) e. Tebal tutup tangki
C . 2 , 0 . 2 . P E S D P t (Peters, 1991) t = 0,0374 m = 3,7369 cm
Tebal tutupstandar yang digunakan =2,5 in (Brownell,1959)
2. Reaktor – 101
Fungsi : Sebagaitempat terjadinya reaksi dehidrasiMetanolsehinggamenghasilkan Tipe : Multi Tubular Reaktor
Kondisi reaktor
Temperatur (T) = 250 oC = 523 K Tekanan (P) = 12 atm
Konversi Acrolein = 90 %
Densitas Campuran, ρcamp = 791,8 kg/m3
Data katalis :
Nama katalis : Alumina Silika (Zeolit) Porositas, φ : 0,35
Diameter katalis : 0,5 cm Bulk density katalis, b : 780 kg/m3
Reaktor CH3OH(F3) H2O (F3) CH3OH(F4) H2O (F4) CH3OCH3(F4) F4 F3
Reaksi:
2 CH3OH(g) ---> CH3OCH3(g) + H2O(g)
A B + C 2.1.Laju Reaksi
Konstanta kecepatan reaksi (k) dicari dengan persamaan Arhenius : k = A . e-E/RT A B A 3 2 B A M 1 M 1 kT 8 10 N 2 k B A 3 2 B A M 1 M 1 kT 8 10 N 2 . e-E/RT (2.34 Levenspiel) dimana : N = Bilangan Avogadro = 6,02.1023 K = Konstanta Boltzman = 1,3.10-16 CH3OH = 32 kg/kmol Air = 18 kg/kmol C = 4,418 A = 4,418 .10-8 cm B = 3,433 A = 3,433 .10-8 cm E = Energi Aktivasi E = 6,3102 kkal/mol R = 0,0020 kkal/mol. K T = 250o C = 523 K
-E/RT = -(6,3102 kkal/mol/(0,0020 kkal/mol.K x 523 K) = -6,0721 e-E/RT = 2,3062 x 10-3 Maka: k = . 0,0023062 18 1 32 1 ). 523 ).( 10 3 , 1 ).( 14 . 3 ( 8 10 10 . 023 , 6 2 10 . 433 , 3 10 . 418 , 4 16 3 23 2 8 8 x x k = 0,31176 cm2/mol.s k = 0,31176 x 10-4 m2/kmol.s FAO= 392.5979 kmol/jam = 0,1091 kmol/s
Laju Alir Massa (W) = 12626,26263 kg / jam Perhitungan : - Volumetrik Flowrate camp Q W
791,8 3 12626,2626 Q = 15,9463m3 / jam = 0,0044 m3/s - Konsentrasi Metanol CAO= Q FAO = 0,0044 0,1091 = 24,6200 kmol / m3 - Konsentasi Air CBO= Q FBO = 0,0044 0,0010 = 0,2199kmol / m3Untuk mencari –rA CH3OH adalah reaksi orde satu maka digunakan persamaan :
-rA =
k
CAO
= 3,29 x 10-4 2.2. Tinggi Head Reaktor
Hs = ¼ Ds = ¼ (1,9037) = 0,4759 m 2.3. Tinggi Reaktor HR= LT2 + HS = 2,8 m + 0,4759 m = 3,2759 m
2.4.Volume Head Reaktor, VHR
VHR = . . 3 24 1 2 Ds = 1,8051 m3
2.5. Volume Total Reaktor, VR
VR = VT1 + VT2 + 2VHR
= 0,0027 m3 + 1,1245 m3 + 2(1,8051 m3) = 4,7375 m3
2.6. Tebal dinding reactor, t
Asumsi : tebal dinding reaktor = tebal dinding headnya. t = P SE D P j -0,2 2 .
+ Cc (Peters, tabel 4 hal 570) D = Diameter Reactor = 1,3501 m
P = Tekanan Design = 12atm
S = Working Stress Maximum = 13700 psia Ej = Welding Joint Efficiency = 85 %
Cc = Korosi yang diizinkan = 0,00032m
t = 0,00032 ) 3501 , 1 2 , 0 ( ) 85 , 0 23 , 932 2 ( 3501 , 1 12 x x x x = 0,0105m = 10,5447 mm
Diameter luar kolom , OD = Ds + 2t
= 1,3501 m + (2 x 0,0105) m = 1,3712 m
2.7. Menghitung jumlah tube
Dalam perancangan ini digunakan orifice / diameter gelembungdengan spesifikasi:
- Diameter luar tube (OD) = 3/4 in - Jenis tube = 10 BWG
- Pitch (PT) = 1 in triangular pitch
- Panjang tube (L) = 9,1864 ft
Dari Tabel 8, hal, 840,Kern, 1965,diperoleh UD = 100 - 200, faktor pengotor
(Rd) = 0,0032
2 2 66,2454ft 4 4 3,14x9,186 4 / . A L
Luas permukaan luar (a) = 0,0104 ft2/ft (Tabel 11, Kern)
Jumlah tube, 693,3929 /ft ft 0,0104 ft 9,1864 ft 66,2454 a L A N 2 2 " t buah
Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 694tube dengan ID
shell1,38 in.
2.8. Menentukan Volume Reaktor, VTR
Volume satu tube reaktor, VT
3 2 T 2 T m 0,0027 m 2,3160 x 0351 , 0 14 , 3 4 1 L . . 4 1 V m x x ID Volume Tube Reaktor, VTR
VTR= VT x NT
= 0,0027m3 x 694tube = 1,8742 m3
Faktor keamanan 20%
Maka volume tube rektor (VTR) adalah:
VTR = 0,2 x 1,8742 m3
= 0,3748 m3
2.9. Menentukan Volume dan Berat Katalis Reaktor Menghitung Volume Katalis :
TR k (1 φ)V V dimana : φ = 0,35 Vk= (1 – 0,35) 0,3748m3 = 0,2436m3
Menghitung Berat Katalis : Densitas katalis = 780 kg/m3
= (780 kg/m3).( 0,2436 m3) = 190,0425 kg 2.10. Residence Time, T TR Q V s / m 0044 , 0 m 0,3748 3 3 = 84,6225 s = 1,4104 menit 3. MENARA DISTILASI – 101 (MD – 101)
Fungsi : Memisahkan produk dimetil eter dari campuran metanol dan air Tipe : Sieve Tray Tower
Gambar :
A. kondisi operasi.
Kondisi operasi menara destilasi – 101: FEED
P = 1 atm = 1,0133 bar T = 50oC = 323 oK Menentukan nilai Xi
Xi(CH3OH) = laju alir(CH3OH) / laju alir total
= 0,0991
Menentukan nilai Ki
Ki(CH3OH) = Pi(CH3OH) / P(CH3OH)
= 0,7724 /1,0133 = 0,7623
Menentukan nilai fraksi mol Yi Yi(CH3OH) = Xi(CH3OH) x Ki(CH3OH)
= 0,0991 x 0,7623 = 0,0756
Untuk hasil perhitungan CH3OCH3 dan H2O dapat dilihat pada tabel dibawah ini :
Tabel hasil perhitungan kondisi umpan pada menara destilasi - 101 Komponen Tekanan (pi) Laju alir (kmol) Fraksi mol (xi) Kesetimbangan (ki) Fraksi mol (yi = xi.ki) CH3OH 0,7724 39,25978535 0,0991 0,7623 0,0756 CH3OCH3 2,8719 176,6690341 0,4460 2,8342 1,2641 H2O 0,2035 180,1763293 0,4549 0,2008 0,0913 Total 396,1051487 1,0000 1,4310 TOP
P= 1atm
= 1,0133 bar
T = 50
oC = 323
oK
Menentukan nilai fraksi mol Zi
Zi
(CH3OH)= laju alir
(CH3OH)/ laju alir total
= 39,2009/215,8752
= 0,1816
Menentukan nilai Xi
Xi
(CH3OH)= Zi
(CH3OH)/ Ki
(CH3OH)= 0,1816 / 0,7623
= 0,2382
Tabel hasil perhitungan top produk menara destilasi - 101
Komponen Laju alir (kmol) Fraksi mol (Zi) Kesetimbangan (Ki = Pi/P) Fraksi mol (xi = Zi / Ki) CH3OH 39,2009 0,1816 0,7623 0,2382 CH3OCH3 176,4040 0,8172 2,8342 0,2883 H2O 0,2703 0,00125195 0,2008 0,0062 Total 215,8752 1,0000 0,5328 BOTTOM P = 1 atm = 1,0133 bar T = 50oC = 323oKMenentukan nilai fraksi mol Xi
Xi
(CH3OH)= laju alir
(CH3OH)/ laju alir total
= 0,0589/ 180,2300
= 0,0003
Menentukan nilai Zi
Zi
(CH3OH)= Xi
(CH3OH)x Ki
(CH3OH)= 0,0003 x 0,7623
= 0,0002
Untuk hasil perhitungan CH3OCH3 dan H2O dapat dilihat pada tabel dibawah ini :
Tabel hasil perhitungan bottom produk menara destilasi - 101
Komponen Laju alir (kmol/jam) Fraksi mol (Xi) Kesetimbangan (Ki = Pi/P) Fraksi mol (Yi = Xi . Ki) CH3OH 0,0589 0,0003 0,7623 0,0002 CH3OCH3 0,2650 0,0015 2,8342 0,0042 H2O 179,9061 0,9982 0,2008 0,2005 Total 180,2300 1,0000 0,2049
B. Desain Kolom Destilasi
a. Menentukan Relatif Volatilitas, α Komponen kunci :
Heavy Key : Metanol HK LK K K
(Ludwig,E.q 8.13) αD = KLK / KHK = 3,7960 αB = KLK / KHK = 3,7180
2 bottom top Avg (Ludwig,E.q 8.11) = 3,7570b. Menentukan Stage Minimum
Dengan menggunakan metode Fenske ( R. Van Wingkle;eg : 5.118 ; p 236)
) ( / / Avg B LK HK D HK LK M Log X X x X X Log N
) (6,7803 05962 . 0 / 01793 , 0 0000076 , 0 / 9999 , 0 Log x Log N D B M M N 4,8965Karena menggunakan reboiler maka Nm = 3,8965
c. Mencari Refluks Ratio Minimum
2148 , 0 4460 , 0 1 8172 , 0 1 7570 , 3 4460 , 0 8172 , 0 1 7570 , 3 1 1 1 1 1 m m F d F d m R R LK X LK X LK X LK X R d. Teoritical Tray Pada Actual reflux – Methode Gilliland Diketahui : Rm = 0,2148
Nm = 3,8965
Untuk menentukan jumlah plate toritis digunakan korelasi gilliland sehingga didapat nilai R = 0,43 dan N teoritis = 8,2 = 8
O’Conneil’s correlation Dimana:
αa = Relatif Volatility rata-rata LK Eo = 49,745 % = 50 % e. Actual Stage N’ actual = Eo Nteoritis = 5 , 0 8 = 16
N actual = 16 + 1 (stage reboiler) = 17
f. Menentukan Feed Location.
Feed location ditentukan dengan menggunakan metode Kirkbride.
p m Log =
2 206 , 0 D HK B LK F LK HK X X X X D BLog (Coulson vol.6 Eq 11.62)
p m Log = 2 0,00125195 0,0015 0,0991 0,001401 215,8752 180,2300 206 , 0 Log p m Log = 1,0430 p m = 1,0430 m = 6,3492 p N = m + p (RE.Treyball, p.311) 17 = 6,3492 p + p p = 2,3132 m = 17 - 2,3132 = 14,6868 = 15
Dari perhitungan diketahui :
m (Rectifying section ) = 15 tray
p (Striping section ) = 3 tray
C. Desain kolom bagian atas (Rectifying section) a. Data fisik untuk rectifying section
D = 3348,8886kg/jam = 0,9302kg/s L = R . D = 0,43 (3348,8886 kg/jam) = 1440,0221 kg/jam = 0,4000 kg/s V = L + D = 1440,0221kg/jam + 3348,8886kg/jam = 4788,9106 kg/jam = 1,3303kg/s
Tabel data fisik menara destilasi -102
Data Fisik Vapour Liquid
Mass Flow rate (kg/det) Density (kg/m3)
Volumetric Flow rate (m3/det)
1,3303 62,8800 0,0212 0,4000 998,6000 0,0004 Surface tention (N/m) 0,5954 b. Diameter kolom
- Liquid –Vapour Flow Factor (FLV)
FLV = L V W W V L (J M.Couldson. Eq.11.82) FLV = 6 , 998 88 , 62 / 9106 , 4788 / 1440,0221 jam kg jam kg = 0,0755
- Ditentukan tray spacing = 0,3 m
- Dari figure 11.27 buku Chemical Engineering, vol. 6, 1 . JM. Couldson didapat nilai konstanta K1 = 0,060
K1* = 1 2 , 0 20 K = 0,06 20 0,59540,2 0 = 0,0297 - Kecepatan Flooding (uf ) uf = V V L K * 1 (J M.Couldson. Eq.11.81) = 0,0297 88 , 62 ) 88 , 62 6 , 998 ( = 0,1146 m/s
- Desain untuk 85 % flooding pada maksimum flow rate (
u ) u = 0,85 . uf (J M.Couldson. p.472) = 0,85 . 0,1146 m/s = 0,0974 m/s
- Maksimum volumetric flow rate (Uv maks) Uv maks = 3600 . V V (J M.Couldson. p.472) = 3600 . / 88 , 62 / 4788,9106 3 m kg jam kg = 0,0212 m3/s - Net area yang dibutuhkan (An)
An = u maks UV (J M.Couldson. p.472) = s m s m / 0974 , 0 / 0212 , 0 3 = 0,2172 m2
- Cross section area dengan 12 % downcormer area (Ac) Ac = 12 , 0 1 An (J M.Couldson. p.472)
= 12 , 0 1 2172 , 0 2 m = 0,2468 m2 - Diameter kolom (Dc) Dc = 14 , 3 4 Ac (J M.Couldson. p.472) = 14 , 3 ) ) 2468 , 0 ( 4 m2 = 0,5607 m c. Desain plate - Diameter kolom (Dc) = 0,5607 m - Luas area kolom (Ac)
Ac = 4 14 , 3 . 2 Dc (J M.Couldson. p.473) = 4 14 , 3 . ) 0,5607 ( 2 = 0,2468 m2 - Downcomer area (Ad)
Ad = persen downcomer x Ac (J M.Couldson. p.473) = 0,12 (0,2468 m2)
= 0,0296 m2 - Net area (An)
An = Ac – Ad
= 0,2468 m2 – 0,0296 m2 = 0,2172 m2
- Active area (Aa)
Aa = Ac – 2 Ad (J M.Couldson. p.473) = 0,2468 m2 – 2 (0,0296 m2)
= 0,1875 m2
- Hole area (Ah) ditetapkan 10% dari Aa sebagai trial pertama Ah = 10 % . Aa
- Nilai weir length (Iw) ditentukan dari figure 11.31, JM. Couldson ed 6 Ordinat = x100 Ac Ad = 100 2468 , 0 0,0296 x = 12 Absisca = Dc w I = 0,76 Sehingga : Iw = Dc . 0,76 = 0,7105 m . 0,76 = 0,5400 m
- Maks vol liquid rate = L/ρL. 3600
= 0,0004 m3/s
Dari figure 11.28 untuk nilai maks vol liquid rate= 0,0006 m3/s digunakan reverse flow.
- Penentuan nilai weir height (hw) , hole diameter (dh), dan plate thickness, (nilai ini sama untuk kolom atas dan kolom bawah)
Weir height (hw) = 50 mm ((J M.Couldson. p.571) Hole diameter (dh) = 5 mm ((J M.Couldson. p.573) Plate thickness = 5 mm ((J M.Couldson. p.573)
d. Pengecekan
Check weeping
- Maximum liquid rate (Lm,max) Lm,max = 3600 L = 3600 / 1440,0221kg jam (J.M.Couldson. p.473) = 0,4000 kg/s
- Minimum liqiud rate (Lm,min)
Minimum liquid rate pada 70 % liquid turn down ratio
Lm,min = 0,7 Lm, max (J.M.Couldson. p.473) = 0,7 (0,4000 kg/s)
= 0,2800 kg/s