Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Polibisfenol-a Karbonat dari Bisfenol-a dan Fosgen dengan Katalis Piridin dengan Kapasitas Produksi 16.000 ton tahun

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Waktu operasi : 330 hari / tahun ; 24 jam / hari Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan operasi : kilogram (kg) Bahan baku : - Bisfenol A

- Natrium hidroksida (NaOH) - Fosgen (COCl2)

- Katalis (piridin) - Metilen klorida

Produk akhir : Polibisfenol A Karbonat (polimer) Kapasitas Produksi : 2020,2020 kg/jam

LA.1 Reaktor Deprotonasi (R-101)

Dalam reaktor ini terjadi reaksi deprotonasi untuk menghasilkan garam bisfenol dan air.

Reaktor Deprotonasi (R-101)

NaOH

garam bisfenol NaOH

Air Bisfenol-a Bisfenol-a

(3)

(4) (2)

Konversi reaksi = 95% (Fu Sheng, 2009) Basis = F4garam bisfenol = 1873,8608 kg/jam

N bisfenol = kmol

kmol kg

kg bisfenol

Mr

bisfenol massa

2187 , 8 /

228 8608 ,

1873 _



r1 = konversi × Ngaram bisfenol = 0,95 × 8,2187 = 7,8078 kmol/jam Reaksi yang terjadi di dalam reaktor :

2NaOH(l) + C15H16O2(s) C15H14O2Na2(l) + 2H2O(l)

M 16,4374 8,2187 - -

B 15,6155 7,8078 7,8078 15,6155

(2)

Dimana :

M = jumlah mol senyawa mula-mula (kmol) B = jumlah mol senyawa yang bereaksi (kmol)

S = jumlah mol senyawa sisa setelah reaksi selesai (kmol)

Neraca Massa Komponen :

Bisfenol-a : F2bisfenol-a = N2bisfenol-a × Mr = 8,2187 × 228 = 1873,8608 kg/jam F4bisfenol-a = N4bisfenol-a × Mr = 0,4109 × 228 = 93,6930 kg/jam NaOH : F3NaOH = N3 NaOH × Mr = 16,4374 × 40 = 657,4950 kg/jam

F4NaOH = N4 NaOH × Mr = 0,8219 × 40 = 32,8748 kg/jam Garam bisfenol : F4garam bisfenol = N4 aram bisfenol × Mr = 7,8078 × 272

F4garam bisfenol = 2123,7089 kg/jam

Air : F4air = N4 air × Mr = 15,6155 × 18 = 281,0791 kg/jam

Neraca Massa Total : F4 = F2 + F3

F4 = F2 bisfenol-a + F3 NaOH = 1873,8608 + 657,4950 = 2531,3558 kg/jam F4 = F4bisfenol-a + F4NaOH + F4garam bisfenol + F4air

F4 = 93,6930 + 32,8748 + 2123,7089 + 281,0791 = 2531,3558 kg/jam

LA.2 Reaktor Polimerisasi (R-102)

Dalam reaktor ini terjadi reaksi polimerisasi untuk menghasilkan polimer (polibisfenol-a karbonat) dan NaCl.

Reaktor Polimerisasi (R-102) Garam bisfenol

NaOH Air Bisfenol

polikarbonat metilen klorida

piridin air NaCl Garam bisfenol

Bisfenol NaOH fosgen

(8) (16)

(13) (7)

(9) (10) Metilen klorida

Piridin Metilen klorida

(3)

Konversi reaksi = 99,83% (Moyer et al, 1961)

r2 = konversi × Ngaram bisfenol = 0,1813 43

8078 , 7 9983 ,

0  _

kmol/jam

Reaksi yang terjadi di dalam reaktor polimerisasi :

43C15H14O2Na2 + 43COCl2 (C16H14O3)43 + 86NaCl

M 7,8078 7,8078 - -

B 7,7959 7,7959 0,1813 15,5918

S 0,0119 0,0119 0,1813 15,5918

Dimana :

M = jumlah mol senyawa mula-mula (kmol) B = jumlah mol senyawa yang bereaksi (kmol)

S = jumlah mol senyawa sisa setelah reaksi selesai (kmol)

Neraca Massa Komponen :

Garam bisfenol : F16garam bisfenol = N16 garam bisfenol × Mr = 0,0133 × 272 F16garam bisfenol = 3,6103 kg/jam

F8garam bisfenol = F4garam bisfenol = 2123,7089 kg/jam

Fosgen : F13fosgen = N13fosgen × Mr = 0,0133 × 99 = 1,3132 kg/jam F10fosgen = N10fosgen × Mr = 7,8077 × 99 = 772,9668 kg/jam Polikarbonat : F16 polikarbonat = N16 polikarbonat × Mr = 0,1813 × 10922

F16 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam

NaCl : F16 NaCl = N16 NaCl × Mr = 15,6155 × 58,5 = 911,9542 kg/jam NaOH : F16NaOH = F8NaOH = 32,8748 kg/jam

Bisfenol-a : F16bisfenol-a = F8bisfenol-a = 93,6930 kg/jam Air : F16air = F8air = 281,0791 kg/jam

Metilen klorida: F16metilen klorida = F9 metilen klorida + F7 metilen klorida F16metilen klorida = 2548,4507 kg/jam

Piridin : F9 Piridin= N9 Piridin × Mr

N9 Piridin = 0,1 × N4 garam bisfenol = 0,1 × 7,8078 = 0,7808 kmol F9 Piridin= 0,7808 × 79 = 61,6813 kg/jam

(4)

Neraca Massa Total : F8 = F4 = 2531,3558 kg/jam

F9 = F9 metilen klorida + F9 Piridin = 382,2676 + 61.6813 = 443,9489 kg/jam F7 = F7 metilen klorida = 2166,1813 kg/jam

F10 = F10fosgen =772,9668 kg/jam

F13 + F16 = F8+ F9+ F7+ F10 = 2531,3558 + 443,9489 + 2166,1813 + 772,9668 F13 + F16 = 5914,4545 kg/jam

F13 + F16 = F13fosgen + F16garam bisfenol + F16 polikarbonat + F16 NaCl + F16NaOH + F16bisfenol-a + F16air + F16metilen klorida + F16 Piridin

F13 + F16 = 1,3132 + 3,6103 + 1979,7980 + 911,9542 + 32,8748 + 93,6930 + 281,0791 + 2548,4507 + 61,6813

F13 + F16 = 5914,4545 kg/jam.

LA.3 Mixing Point I (M-101)

Mixing Point I (M-101)

fosgen fosgen

fosgen

(5) (10)

(14)

Neraca Massa Komponen:

F14 fosgen = F13 fosgen = 1,3132 kg/jam. F10 fosgen = 772,9668 kg/jam.

(5)

LA.4 Dekanter I (FL-101)

Dekanter I (FL-101) polikarbonat

metilen klorida piridin

air NaCl Garam bisfenol

Bisfenol NaOH

Garam bisfenol NaOH

Air Bisfenol

NaCl

(16) (18)

(19)

Metilen klorida Polikarbonat

Piridin

F16 = F16garam bisfenol + F16 polikarbonat + F16 NaCl + F16NaOH + F16bisfenol-a + F16air + F16metilen klorida + F16 Piridin

F16 = 3,6103 + 1979,7980 + 911,9542 + 32,8748 + 93,6930 + 281,0791 + 2548,4507 + 61,6813

F16 = 5913,1413 kg/jam

F19metilen klorida = F16metilen klorida = 2548,4507 kg/jam F19 polikarbonat = F16 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam F19 piridin = F16 Piridin = 61,6813 kg/jam

F19 = F19metilen klorida + F19 polikarbonat + F19 piridin

F19 = 2548,4507 + 1979,7980 + 61,6813 = 4589,9299 kg/jam F18NaOH = F16NaOH = 32,8748 kg/jam

F18garam bisfenol = F16garam bisfenol = 3,6103 kg/jam F18 NaCl = F16 NaCl = 911,9542 kg/jam

F18bisfenol-a = F16bisfenol-a = 93,6930 kg/jam F18air = F16air = 281,0791 kg/jam

F18 = 32,8748 + 3,6103 + 911,9542 + 93,6930 + 281,0791 = 1323,2114 kg/jam

Neraca Massa Total : F16 = F19 + F18

(6)

LA.5 Dekanter II (FL-102)

Dekanter II (FL-102) polikarbonat

metilen klorida

piridin _{Metilen klorida}

piridin

(19) (20)

(21)

Metilen klorida Polikarbonat

Piridin

Metilen klorida (17)

Prinsip kerja:

Penambahan pelarut inert metilen klorida sebanyak 50% dari total metilen klorida yang ditambahkan di reaktor polimerisasi (R-102). Dengan penambahan ini akan mengakibatkan semakin viscousnya polikarbonat dan akan membentuk dua fasa antara larutan organik dan larutan aqueous. Efisiensi pemisahan sebesar 90% yang artinya 10% piridin akan berada di fasa organik dan 90%nya berada di fasa aqueous dan sebaliknya untuk metilen klorida. Sedangkan polikarbonat seluruhnya berada di fasa organik.

Pemisahan dilakukan secara gravitasi sehingga fasa aqueous akan keluar secara melalui aliran atas, dan fasa organik akan keluar melalui bagian bawah.

F19metilen klorida = 2548,4507 kg/jam F19 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam F19 piridin = 61,6813 kg/jam

F17metilen klorida = 0,5 × (F7metilen klorida + F9metilen klorida )

F17metilen klorida = 0,5 × 2548,4507 kg/jam = 1274,2253 kg/jam F20 metilen klorida = 0,1 × (F17metilen klorida + F19metilen klorida )

F20 metilen klorida = 0,1 × (1274,2253 + 2548,4507) = 382,2676 kg/jam F21 metilen klorida = 0,9 × (F17metilen klorida + F19metilen klorida )

F21 metilen klorida = 0,9 × (1274,2253 + 2548,4507) = 3440,4084 kg/jam F21 polikarbonat = F19 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam

(7)

F20 piridin = 0,9 × 61,6813 = 55,5131 kg/jam F21 piridin = 0,1 × F19 piridin

F21 piridin = 0,1 × 61,6813 = 6,1681 kg/jam

Neraca Massa Total:

F19 + F17 = F19metilen klorida + F19 polikarbonat + F19 piridin + F17metilen klorida

F19 + F17 = 2548,4507 + 1979,7980 + 61,6813 + 1274,2253 = 5864,1552 kg/jam. F20 + F21 = F20metilen klorida + F20 piridin + F21metilen klorida + F21 piridin + F21 polikarbonat F20 + F21 = 382,2676 + 55,5131 + 3440,4084 + 6,1681 + 1979,7980

F20 + F21 = 5864,1552 kg/jam.

LA.6 Mixing Point III (M-103)

Mixing Point III (M-103) piridin

(6) (9)

(12) _{metilen klorida}piridin

piridin metilen klorida

Neraca Massa Komponen: F12 piridin = 55,5131 kg/jam.

F12 metilen klorida = 382,2676 kg/jam. F9 piridin = 61,6813 kg/jam.

(8)

LA.7 Washer (W-101)

Pada washer ini ditambahkan sejumlah air panas bersuhu 80 oC untuk menetralisir pH larutan.

Washer (W-101) polikarbonat

piridin air air

(21) (27)

(26)

Neraca Massa Komponen: F21 piridin = 6,1681 kg/jam.

F21 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam. F21 metilen klorida = 3440,4084 kg/jam.

F26 air = F21 = F21metilen klorida + F21 piridin + F21 polikarbonat = 5426,3745 kg/jam. F27 piridin = 6,1681 kg/jam.

F27 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam. F27 metilen klorida = 3440,4084 kg/jam. F27 air = F26 air = 5426,3745 kg/jam.

Neraca Massa Total:

F21 + F26 = F21metilen klorida + F21 piridin + F21 polikarbonat + F26 air

F21 + F26 = 3440,4084 + 6,1681 + 1979,7980 + 5426,3745 = 10.852,7490 kg/jam. F27 = F27metilen klorida + F27 piridin + F27 polikarbonat + F27 air

(9)

LA.8 Splitter (SP-101)

Fungsi splitter adalah untuk membagi aliran metilen klorida (recycle) ke mixing point II dan ke dekanter II. Pembagian didasarkan pada penambahan 50% metilen klorida ke dekanter II berasal dari Splitter.

Splitter (SP-101) metilen klorida

(23) (11)

(17) _{metilen klorida}

metilen klorida

F23metilen klorida = 3415,2508 kg/jam.

F17metilen klorida = 0,5 × (F7metilen klorida + F9metilen klorida ) = 1274,2253 kg/jam F11metilen klorida = F23metilen klorida - F17metilen klorida

F11metilen klorida = 3415,2508 - 1274,2253 = 2141,0254 kg/jam.

Neraca Massa Total: F23 = F17 + F11

F23 = 1274,2253 + 2141,0254 = 3415,2508 kg/jam.

LA.9 Flash Drum (S-101)

Alat ini digunakan untuk memisahkan pelarut (metilen klorida) dari campurannya sehingga dapat direcycle ke reaktor polimerisasi (R-102).

Prinsip peristiwa perpindahan:

Perbedaan komposisi fasa cair dan fasa uap setiap zat dalam campuran pada saat kesetimbangan atau perbedaan atau perpindahan titik didih (boiling point)/tekanan uap (vapor pressure) setiap zat dalam campuran pada kondisi operasi alat (Walas, 1988).

Prinsip kerja alat:

(10)

bagian bottom sedangkan zat dengan komposisi fasa uap yang lebih banyak akan berada pada bagian atas (menguap) (Geankoplis, 2003 ; Walas, 1988).

Flash Drum (S-101) polikarbonat

air

piridin air

(27) (33)

(31) metilen klorida piridin

air

Dimana:

 Titik didih senyawa pada tekanan 1 atm (101, 325 kPa)

 Air (H2O) 100oC (Windhloz, 1983)

 Metilen klorida (CH2Cl2) 39,6oC (Perry, 2008)

 Piridin (C5H5N) 115,2oC (Perry, 2008)

Polikarbonat ((C16H14O3)43) diasumsikan seluruhnya berada pada aliran bottom karena titik flash yang sangat jauh yaitu 630 oC (Cityplastic, 2009) sehingga untuk penghitungan komposisi keseimbangan hanya ada 3 komponen yaitu air, metilen klorida, dan piridin.

 Laju alir massa

 F27 = 10.852,7490 kg/jam

 F27air = 5426,3745 kg/jam

 F27metilen klorida = 3440,4084 kg/jam

 F27 piridin = 6,1681 kg/jam

(11)

 Penentuan temperatur flash drum

 Fraksi masing – masing komponen pada umpan (alur 27)  X27 air = 0,1219

 X27 metilen klorida = 0,8768  X27 piridin = 0,0013

Pada kondisi operasi : P = 1 atm (101,325 kPa) T = 50 oC (323,15 K)

Xi = Zi

Pbuble = Σ Xi. Pi sat (Smith, dkk, 2005)

Yi = Ki.Zi Pdew =

sat i

i

P Y 

1

(Smith, dkk, 2005)

Tabel LA. 1 Data Trial Temperatur dan Komposisi Flash Drum (S-101)

Komponen Xi Pi sat* Ki (Pi sat/P) Xi. Pi sat Ki.Xi

sat i

i

P Y

1

metilen klorida 0,8768 144,2637 1,4238 126,4904 1,2484 0,00865

Air 0,1219 12,4052 0,1224 1,5122 0,0149 0,00120

piridin 0,0013 9,4677 0,0934 0,0123 0,0001 0,00001

Total 1 166,1366 0,00986

* App B Smith, dkk, 2005

Dari tabel di atas diperoleh : Pdew < P < Pbuble, sehingga terjadi keseimbangan uap cair (Daubert, 1985).

 Penentuan komposisi umpan dan bottom Flash Drum. Mol total umpan masuk, N = 342,0521 kmol/jam Zmetilen klorida = Xmetilen klorida = 0,8768

Zair = Xair = 0,1219

Zpiridin = Xpiridin = 0,0013

f (Vj) =

) 1 ( 1

) 1 (

 

 

i i i

K V

K Z

f’ (Vj) =





2

) 1 ( 1

) 1 (

 

 

i i i

K V

(12)

Vj+1 = Vj

) ( '

) (

Vj f



j = 0, 1, 2, 3,….dst dilakukan iterasi hingga nilai Vj+1 = Vj (Smith, dkk, 2005)

Iterasi 1. Vo = 0,1341 f (Vo) = 0,0001 f’ (Vo) = 0,1937

V1 = Vo

) ( '

) (

o o

V f



V1 = 0,1341

1937 , 0

0001 , 0 

V1 = 0,1341 – 0,0006 V1 = 0,1334

Maka, V = 0,1334 dan L = 0,8666

Zi.F = Xi.L + Yi.V ; Yi = Ki.Xi Zi.F = Xi.L + Ki.Xi.V

Zi.F = Xi.( L + Ki..V) Xi =

V K L

F Z

i i

. .



Basis F = 1 mol, maka Xmetilen klorida = 0,0010

Xair = 0,9978

Xpiridin = 0,0212

Maka komposisi senyawa di bottom adalah :

F33 polikarbonat = F27 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam F33 piridin = X33 piridin × L × N33 × Mr piridin

F33 piridin = 0,0212 × 0,8666 × 296,1892 × 79 = 1,4580 kg/jam. F33 metilen klorida = 0,0010 × 0,8666 × 296,1892× 84,93 = 25,1577 kg/jam. F33 air = 0,9978 × 0,8666 × 296,1892 × 18 = 5.325,7423 kg/jam.

(13)

F31 metilen klorida = F27 metilen klorida – F33 metilen klorida

F31 metilen klorida = 3.415,2508 – 25,1577 = 3.415,2508 kg/jam. F31 air = F27 air – F33 air = 5.426,3745 – 5.325,7423 F31 air = 100,6322 kg/jam.

Neraca Massa Total

F33 = F33 polikarbonat + F33 piridin + F33 metilen klorida + F33 air

F33 = 1979,7980 + 1,4580 + 25,1577 + 5.325,7423 = 7332,1559 kg/jam. F31 = F31 polikarbonat + F31 piridin + F31 metilen klorida + F31 air

F31 = 0 + 4,7101 + 3.415,2508 + 100,6322 = 3.520,5931 kg/jam. F31 + F33 = 3.520,5931 + 7332,1559 = 10.852,7490 kg/jam.

LA.10 Mixing Point II (M-102)

Mixing Point II (M-102) metilen klorida

(1) (7)

(11) metilen klorida

metilen klorida

F11metilen klorida = 2141,0254 kg/jam. F7metilen klorida = 2166,1813 kg/jam

F1metilen klorida = F7metilen klorida - F11metilen klorida = 2166,1813 - 2141,0254 F1metilen klorida = 25,1577 kg/jam.

LA.11 Evaporator I (FE-101)

Alat ini digunakan untuk menguapkan piridin, metilen klorida, dan sebagian besar air yang terdapat dalam campuran polikarbonat.

 Kadar polikarbonat masuk = 27%

(14)

Evaporator I (FE-101) polikarbonat

air metilen klorida

piridin

polikarbonat air metilen klorida

air piridin

(33) (35)

(34)

F34metilen klorida = F33metilen klorida = 25,1577 kg/jam. F34piridin = F33piridin = 1,4580 kg/jam.

F35air = F33air - (0,5 × F33air ) / 0,5 F35air = 1979,7980 kg/jam.

F34air = F33air - F35air = 5.325,7423 – 1979,7980 = 3.345,9443 kg/jam. F35 polikarbonat = F33 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam.

Neraca Massa Total:

F34 = F34piridin + F34metilen klorida + F34air = 1,4580 + 25,1577 + 3.345,9443 F34 = 3.372,5600 kg/jam.

F35 = F35polikarbonat + F35air = 1979,7980 + 1979,7980 = 3.959,5959 kg/jam. F33 = F34 + F35 = 3.372,5600 + 3.959,5959 = 7.332,1559 kg/jam

LA.12 Evaporator II (FE-102)

Alat ini digunakan untuk menguapkan sebagian besar air yang terdapat dalam campuran polikarbonat dari evaporator I dengan memanfaatkan uap panas yang dihasilkan dari evaporator I..

(15)

Evaporator II (FE-102) polikarbonat

air

polikarbonat air air

(37) (36)

(35)

F37air = (F35 polikarbonat - 0,7 × F35 polikarbonat )/0,7

F37air = (1979,7980 - 0,7 × 1979,7980)/0,7 = 848,4848 kg/jam. F37 polikarbonat = F35 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam.

F36air = F35air - F37air = 1979,7980 - 848,4848 = 1131,3131 kg/jam.

Neraca Massa Total:

F37 = F37polikarbonat + F37air = 1979,7980 + 848,4848 = 3959,5959 kg/jam. F36 = F36air = 1131,3131 kg/jam.

F35 = F36 + F37 = 1131,3131 + 3959,5959 = 3959,5959 kg/jam

LA.13 Evaporator III (FE-103)

Alat ini digunakan untuk menguapkan sebagian besar air yang terdapat dalam campuran polikarbonat dari evaporator II dengan memanfaatkan uap panas yang dihasilkan dari evaporator II.

(16)

Evaporator III (FE-103) polikarbonat

air

polikarbonat air air

(40) (38)

(37)

F40air = (F40 polikarbonat - 0,9 × F40 polikarbonat )/0,9

F40air = (1979,7980 - 0,9 × 1979,7980)/0,9 = 219,9776 kg/jam. F40 polikarbonat = F37 polikarbonat = 1979,7980 kg/jam.

F38air = F37air – F40air = 848,4848 – 219,9776 = 336,7003 kg/jam.

Neraca Massa Total:

F40= F40polikarbonat + F40air = 1979,7980 + 219,9776 = 2199,7755 kg/jam. F38 = F38air = 336,7003 kg/jam.

(17)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Kapasitas Produksi : 2020,2020 kg/jam Basis perhitungan : 1 jam operasi

Waktu operasi : 330 hari / tahun ; 24 jam / hari Satuan operasi : kg/jam

Suhu referensi : 25oC (298,15 K)

Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983):

Cp = a + bT + cT2 + dT3

Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi:



       

Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah:



2 



 



Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi:







B.1 Data Perhitungan Cp

Tabel LB.1 Nilai Konstanta a,b,c,d dan e untuk perhitungan Cp cairan

Komponen a B c d

C5H5N 1,078E+06 -3,478E+02 3,9565 -

HCl 1,772E+01 0,9043 -0,0056 1,133E-05

CH2Cl2 7,996 0,7985 -0,0035 5,551E-06

H2O 1,829E+01 0,4721 -0,0013 1,314E-06 Sumber : (Reklaitis, 1983)

(18)

Tabel LB.2 Nilai konstanta a,b,c,d,dan e untuk perhitungan Cp gas

Komponen a B c d e

Fosgen 2,212E+01 0,2111 -0,0003 2,861E-07 -9,134E-11 Air 3,40471E+01 -9,65604E-03 3,29883E-05 -2,04467E-08 4,30228E-12 Sumber : (Reklaitis, 1983)

Cpg = a + bT + cT2 + dT3 + eT4 [J/mol. K]



         

T

T T e T T d T T c T T b T T a dT Cp_g

2

1

) (

5 ) (

4 ) (

3 ) (

2 )

( ₂ ₁ ₂2 ₁2 ₂3 ₁3 ₂4 ₁4 ₂5 ₁5

B.2 Estimasi Cp

B.2.1 Estimasi Cp Padatan dengan Metode Hurst dan Harrison Tabel LB. 3 Kontribusi unsur dan gugus untuk estimasi Cp

Unsur ΔE (J/mol.K)

C 10,89

H 7,56

O 13,42

Sumber : (Perry, 1999)

Perhitungan kapasitas panas dihitung dengan rumus: Cp =∑i=1σi∆Ei (Perry, 1999)

Dimana:

Cp = Kapasitas panas (kJ/kmol.K) Ni = Jumlah unsur i dalam senyawa ΔEi = Nilai kontribusi unsur i

Kapasitas panas padatan bisfenol-a (C15H16O2) : Cp = 15 × 10,89 + 16 × 7,56 + 2 × 13,42

(19)

B.2.1 Estimasi Cp Cairan dengan Metode Chueh dan Swanson Tabel LB.5 Kontribusi Gugus Kapasitas Panas Cairan

Gugus Harga

CH3 9,95

C

2

C

3,80

H 3,5

O _8,4

OH 10,5

C O

14,5

Sumber : (Reid, 1977)

Tabel LB.6 Data Panas Laten Air

∆Hvl (kJ/kg) T (oC)

2189 114,7

2232,0332 96,3424 2283,0897 64,2248 Sumber : (Geankoplis, 2003)

B.3 Panas Pembentukan Standar

Tabel LB.7 Data Panas Pembentukan Standar

Komponen ∆Hof

Fosgen -218,8 kJ/kgmol

Natrium Klorida -407,27 kJ/kgmol

Natrium Hidroksida

-470,114 kJ/kgmol

Piridin 140,03 kJ/kgmol

Asam Klorida -167,159 kJ/kgmol

Metilen Klorida -121,46 kJ/kgmol

Air -285,83 kJ/kgmol

Garam Bisfenol -874,372 kJ/kgmol

Polikarbonat -18027,922 kJ/kgmol

Bisfenol-a -646,8968 kJ/kgmol

(20)

LB.1 Reaktor Deprotonasi (R-101)

Neraca Panas Masuk

Panas masuk pada alur 2, (Q2) = _

Neraca Panas keluar

Panas keluar pada alur 4, (Q4) = _

N_bisfenolA = 0,4109 kgmol/jam x 4667,2500 kJ/kgmol

= 1917,9335 kJ/jam

Q4(NaOH) = _

N_NaOH = 0,8219 kgmol/jam x 0,0497 kJ/kgmol

= 0,0408 kJ/jam

N_garambisfe_nol = 7,8078 kgmol/jam x 1,8105 kJ/kgmol

(21)

Q4(air) = _   

  





15 , 313

15 , 298 4

CpdT

N_air = 15,6155 kgmol/jam x 1125,7906 kJ/kgmol

= 17.579,7908 kJ/jam

Qout = Q4(bisfenol A) + Q4(NaOH) + Q4(garam bisfenol) + Q4(air)

= 1917,9335 kJ/jam + 0,0408 kJ/jam + 14,1359 kJ/jam + 17.579,7908 kJ/jam

= 19.511,9011 kJ/jam Reaksi di dalam Reaktor Deprotonasi:

2NaOH(l) + C15H16O2(s) C15H14O2Na2(l) + 2H2O(l) r1 = konversi x Ngaram bisfenol

r1 = 0,95 x 7,8078 = 7,8078 kmol/jam Panas reaksi yang terjadi pada 25oC dan 1 atm: ∆Hr (25oC) = [∆Hof produk- ∆Hof reaktan]

= [∆HofC15H14O2Na2+2 x ∆Hof H2O –2 x ∆Hof NaOH-∆Hof C15H16O2] = [(-874,3720)+(2x-285,83)-(2x-470,114)-(-646,8968)]

= 141,0928 kJ/jam

∆Hr (40oC) = ∆Hr(2ηoC)+ _   

  



,15

313

15 , 298

dT

Cp_garambisfe_nol + 2x _

  

  



,15

313

15 , 298

dT Cp_air -

2 x _

  

  



,15

313

15 , 298

dT

Cp_NaOH - _

  

  



,15

313

15 , 298

dT Cp_bisfenolA

= 141,0928 + 1,8105 + 2 x 1125,7906 – 2 x 0,0497 – 4667,2500 = -2272,8152 kJ/jam

Q reaksi = -2272,8152 kJ/jam x 7,8078 kmol/jam = -17.745,5803 kJ/jam

dQ/dt = Qout – Qin + Qreaksi

= 19.511,9011 – 0 – 17.745,5803 = 1.766,3208 kJ/jam

Tanda positif menunjukkan sistem membutuhkan panas sebesar 1.766,3208 kJ/jam sehingga untuk memenuhi kebutuhan panas ini dibuat koil pemanas yang di dalamnya mengalir saturated steam 124,7oC.

(22)

m = Neraca Panas Masuk:

Qin =N4bisfenol-a



= 19.511,9011 kJ/jam

Neraca Panas Keluar:

Qout =N8bisfenol-a



Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Qout – Qin

= 0 – 19.511,9011 = -19.511,9011

Air Pendingin masuk (15oC) ; H1 = 62,9 kJ/kg

(23)

Maka, massa air pendingin yang diperlukan:

LB.3 Reaktor Polimerisasi (R-102)

7

Air pendingin keluar 25o C, 1 atm

Reaksi dalam reaktor ini adalah:

43C15H14O2Na2 + 43COCl2 (C16H14O3)43 + 86NaCl

Konversi reaksi = 99,83%

(24)

= [(-18027,9220) + (86x-407,270) - (43x-847,372) - (43 x -218,8)] = -6046,7460 kJ/jam

Q reaksi = -6046,7460 kJ/jam x 0,1813 kmol/jam = -1.096,0819 kJ/jam

Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Qout – Qin + Qreaksi

= 0 – (-1.096,0819) = 1.096,0819 Air Pendingin masuk (15oC) ; H1 = 62,9 kJ/kg

Air Pendingin keluar (25oC) ; H2 = 104,8 kJ/kg (Rogers dan Mayhew, 1995) Maka, massa air pendingin yang diperlukan:

m =

1 2

/ H H

dt dQ



m =

9 , 41

1.096,0819

m = 49,0522 kg/jam

LB.4 Washer (W-101)

21

26

27 Polikarbonat

Piridin Metilen Klorida 25o_{C, 1 atm}

Air 80 o_{C, 1 atm}

Polikarbonat Piridin Metilen Klorida Air

34,69o_{C, 1 atm}

Neraca Panas Masuk:

Q21 = N21polikarbonat



15 , 298

CpdT + N21piridin



15 , 298

CpdT + N21metilen



15 , 298

CpdT = 0

Q26 = N26air



15 , 353

15 , 298

CpdT = 301,4653 x 4149,1778 = 1.250.832,9136 kJ/jam

(25)

Panas yang masuk pada washer sama dengan panas yang keluar. Dengan cara trial and eror diperoleh suhu keluar sebesar 34,6671oC.

LB.5 Heater (E-104)

Neraca Panas Masuk:

Qin =N27polikarbonat



84

= 0,1813 x 223,9715 + 0,0781 x 12.918.449,1070 + 30,0065 x 786,3880 + 301,4653 x 724,9755

= 1.250.832,9137 kJ/jam Neraca Panas Keluar:

Qout =N28polikarbonat



84

= 0,1813 x 579,2122 + 0,0781 x 33.811.401,0832 + 30,0065 x 2.074,5595 + 301,4653 x 1878,9098

= 3.268.692,0320 kJ/jam Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Qout – Qin

= 3.268.692,0320 kJ/jam – 1.250.832,9137 kJ/jam = 2.017.859,1183 kJ/jam

Massa saturated steam (124,7oC) yang diperlukan adalah:

(26)

=

2189 1183 2.017.859,

= 921,8178 kg/jam

LB.6 Heater (E-103)

Air 55 o_{C, 1 atm}

Air 25 o_{C, 1 atm}

25 ₂₆

Saturated steam

124,7o_{C; 2,25 atm}

Kondensat 124,7o_{C; 2,25 atm}

Neraca Panas Masuk:

Qin =N25air



15 , 298

CpdT = 0

Qout =N26air



15 , 353

15 , 298

CpdT= 301,4653 kgmol/jam x 4149,1778 kJ/kgmol = 1.250.832,9136 kJ/jam

= 0 –1.250.832,9136 kJ/jam = - 1.250.832,9136 kJ/jam

Massa saturated steam (124,7 oC) yang diperlukan adalah:

m =

) 7 , 124 (

/ 0

C dt dQ 

m =

2189 9136 1.250.832,

(27)

LB.7 Dessicant (DS-101)

DS-101 Udara Panas

Masuk

Udara Panas Keluar

T = 110oC

H = 0,005 kg H2O / kg udara kering

T = 35oC

H = 0,0357 kg H2O / kg udara kering

Udara panas masuk:

 Temperatur = 110oC

 H1 = 0,005 kg H2O/kg udara kering

Udara keluar meninggalkan dessicant dengan humiditi 100% sehingga diperoleh:

 Temperatur = 35oC

 H2 = 0,0357 kg H2O/kg udara kering (Fig. 21 Humidity Chart dalam Larian, 1950)

Banyaknya jumlah uap air yang dijerap adalah 197,5169 kg/jam.

Maka massa udara panas yang dibutuhkan dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

1

2 H

H m

 (Larian, 1950)

massa udara panas yang dibutuhkan adalah: 

0,005 0357

, 0

3424 , 105

3431,3471 kg/jam.

Udara panas masuk ke dessicant setiap empat jam sehingga jumlah udara panas yang dibutuhkan adalah : 3431,3471 / 4 = 857,8368 kg/jam.

LB.8 Condenser (E-102)

Air 15o_C

23 15

Metilen

50o_{C, 1 atm} Metilen

25 o_{C, 1 atm}

(28)

Neraca Panas Masuk:

Q23 = N23metilen



15 , 323

15 , 298

CpdT = 40,2125 x 2074,5595 = 83.423,2991 kJ/jam

Panas yang dilepas pengembunan uap metilen klorida : Q = m .

= 40,2125 × 67.667,2157 = 2.045.541,6506 kJ/jam

Qin = Q23 + m. = 83.423,2991 + 2.045.541,6506 = 2.128.964,9497 kJ/jam

Qout =N15air



15 , 298

CpdT= 0

= 0 – 2.128.964,9497 kJ/jam = - 2.128.964,9497 kJ/jam

Air Pendingin keluar (25oC) ; H2 = 104,8 kJ/kg (Reklaitis, 1983) Maka, massa air pendingin yang diperlukan:

m =

1 2

/ H H

dt dQ



m =

9 , 41

9497 2.128.964,

(29)

LB.9 Evaporator I (FE-101)

Saturated steam 124,7oC

33

35 34

Polikarbonat Piridin Metilen Klorida Air

25o_C

Polikarbonat Air

114,7oC Piridin Metilen Klorida Air

114,7o_C

Diasumsikan ∆t pada = 10oC. Neraca Panas Masuk Evaporator I:

Qin = N33polikarbonat



15 , 323

15 , 298

CpdT

+N33metilen



15 , 323

15 , 298

CpdT

+N33piridin



15 , 323

15 , 298

CpdT +

N33air



15 , 323

15 , 298

CpdT

= 0,1813 x 579,2122 + 0,2962 x 2074,5595 + 0,0185 x 33.811.401,0832 + 295,8746 x 892,3319

= 888.755,7372 kJ/jam

Neraca Panas Keluar Evaporator I:



,85

387

15 , 298

CpdT

+ N35air



,85

387

15 , 298

CpdT

+σ34metilen x ∆HvL +σ34piridin x ∆HvL+ σ34air x ∆HvL

= 0,1813 x 2078,2132 + 109,9888 x 6796,5843 + 0,0185 x 128.029.861,4117 + 0,2962 x 8362,8329 + 185,8858 x 5671,8679

(30)

Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air sehingga konsentrasi polikarbonat yang keluar dari evaporator I sebesar 50 % adalah:

dQ/dT = Qout – Qin

= 4.167.620,5840 – 888.755,7372 = 3.278.864,8486 kJ/jam

Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 124,7 oC. Data saturated steam pada 124,7oC yang diperoleh dari App A.2-9 Geankoplis, 2003 sebagai berikut:

(υanas penguapan steam pada suhu 124,7oC) = 218λ kJ/kg Maka steam yang dibutuhkan:

m = 

dt dQ/

= 2189

8486 3.278.864,

= 1.497,8825 kg/jam

LB.10 Evaporator II (FE-102)

35

37 36

Polikarbonat Air

96,34oC Air 96,34oC Uap panas

114,7o_C

Polikarbonat Air

114,7o_C

Diasumsikan ∆t = 18,34o C. Neraca Panas Masuk Evaporator I:



,85

387

15 , 298

CpdT

+N35air



,85

387

15 , 298

(31)

= 0,1813 x 2078,2132 + 109,9888 x 6796,5843 = 747.924,7010 kJ/jam

Neraca Panas Keluar Evaporator II:



49 , 369

15 , 298

CpdT

+ N37air



49 , 369

15 , 298

CpdT

+ N36air x ∆HvL = 0,1813 x 1653,3032 + 46,1380 x 5394,1367 + 62,8507 x 2232,0332 = 500.067,3532 kJ/jam

Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air sehingga konsentrasi polikarbonat yang keluar dari evaporator II sebesar 70 % adalah:

= 500.067,3532 - 747.924,7010 = - 247.857,3478 kJ/jam

Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 114,7oC yang berasal dari uap evaporator I (FE-101). Data saturated steam pada 114,7 oC yang diperoleh dari App A.2-9 Geankoplis, 2003 sebagai berikut:

(υanas penguapan steam pada suhu 114,7 oC) = 2213 kJ/kg Maka uap panas yang dibutuhkan:

m = 

dt dQ/

m =

2213 78 247.857,34

m = 112,0006 kg/jam

LB.11 Evaporator III (FE-103)

37

41 38

Polikarbonat Air

64,22o_C

Air 64,22o_C

Uap panas 96,34o_C

Polikarbonat Air

(32)

Diasumsikan ∆t = 32,07oC.

Neraca Panas Masuk Evaporator III:



49 , 396

15 , 298

CpdT

+N37air



49 , 396

15 , 298

CpdT

= 0,1813 x 1653,3032 + 47,1380 x 5394,1367 = 359.782,4404 kJ/jam

Neraca Panas Keluar Evaporator III:



3887 , 337

15 , 298

CpdT

+ N41air



3887 , 337

15 , 298

CpdT

+ N38air x ∆HvL = 0,1813 x 910,2898 + 12,2210 x 2958,3291 + 34,9171 x 2283,0897 = 143.939,0605 kJ/jam

Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air sehingga konsentrasi konsentrasi polikarbonat yang keluar dari evaporator III sebesar 90% adalah:

= 143.939,0605– 359.782,4404 = - 215.843,3799 kJ/jam

Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 96,34 oC yang berasal dari uap dari evaporator II. Data saturated steam pada 96,34 oC yang diperoleh dari App. A-2.9 Geankoplis, 2003 adalah sebagai berikut:

(υanas penguapan steam pada suhu λθ,34o

C) = 2265 kJ/kg Maka uap panas yang dibutuhkan:

m = 

dt dQ/

m =

2265 99 215.843,37

(33)

LB.12 Condenser (E-105)

Air 36oC Air 25oC

39 40

Uap Air

64,22o_C Air

25o_C

Neraca Panas Masuk:

Q39 = N39uap air



37 , 337

15 , 298

CpdT = 34,9171 x 1317,9371 = 46.018,5053 kJ/jam

Panas yang dilepas pengembunan uap air : Q = m .

= 34,9171 × 40.861,8 = 1.426.774,3965 kJ/jam

Qin = Q39 + m. = 46.018,5053 + 1.426.774,3965 = 1.427.792,9018 kJ/jam

Qout =N4oair



15 , 298

CpdT= 0

= 0 – 1.427.792,9018 kJ/jam = - 1.427.792,9018 kJ/jam

Air Pendingin masuk (36oC) ; H2 = 150,86 kJ/kg (Geankoplis, 2003) Maka, massa air pendingin yang diperlukan:

m =

1 2

/ H H

dt dQ



m =

6 , 46

9018 1.427.792,

(34)

LB.13 Rotary Dryer (DD-101)

DD-101 42

43 41

30

Udara Panas, 110oC

F padatan masuk = 1979,7980 kg/jam

T = 39,2387o_C

X air = 10%

T = 80o_C

X air = 2%

T = 70o_C

Temperatur basis, To = 0oC

Panas laten air (0oC), = 2η01,θ kJ/kg.K

Kapasitas panas polimer, Cp padatan = 2,0998 kJ/kg.K Panas humiditas air – udara, Cs = 1,005 + 1,88H

Humiditas udara (T udara masuk 110oC), Hin = 0,006 kg H2O/kg udara (Walas, dkk., 2005)

Kapasitas panas air, Cp air = 4,187 kJ/kg.K Kapasitas panas udara, Cp udara = 1,007 kJ/kg.K H’ udara = Cs (Ti-To) + Hi. o

H’ padatan = Cp padatan (Ti-To) + Xi. Cp air (Ti-To) Dimana:

H’ = entalpi (kJ/kg)

Cs = panas humiditas air udara (kJ/kg.K) Cp = kapasitas panas (kJ/kg.K)

H = humiditas udara (kg H2O/kg udara kering) X = moisture content padatan (kg air/kg padatan)

= panas laten air (kJ/kg) T = temperatur (0oC)

110oC, H’ udara masuk = (1,005 + 1,88 × 0,006) × (110-0) + 0,006 × 2501,6 110oC, H’ udara masuk = 126,8004

70oC, H’ udara keluar = H’42 = (1,00η + 1,88 × H’42) × (70-0) + H’42× 2501,6 70oC, H’ udara keluar = H’42 = 70,35 + 2633,2 H42

(35)

H’ padatan keluar = (2,0998) × (80-0) + 0,02 × 4,187 × (80-0) = 174,6832

Tabel LB.6 Entalpi Rotary Dryer (kJ/kg)

Alur H’ masuk H’ keluar

30 Udara 126,8004

42 - 70,35 + 2633,2 H42

41 Padatan 166,7872

43 - 174,6832

F padatan = 1979,7980 kg/jam Neraca Panas Total Rotary Dryer

Asumsi : kondisi adiabatis, udara panas pengering kontak langsung dengan padatan.



dT dQ

Q out – Q in = 0 Q out = Q in

Fudara × H’udara masuk + Fpadatan × H’in =F ’udara × H’udara keluar + F padatan × H’43 Fudara × H’udara masuk + Fpadatan × H’in = F’udara × H’42 + F padatan × H’43

Fudara × 126,8004 + 1979,7980× 166,7872 =

F’udara × (70,35 + 2633,2 H42) + 1979,7980× 174,6832 Fudara × 126,8004 + 330.204,8834 = Fudara × (70,35 + 2633,2 H42) + 345.837,45 126,8004 Fudara – 15.632,5666 = 70,35 Fudara + 2633,2 Fudara H42

56,4504 Fudara – 15.632,5666 = 2633,2 Fudara H42 ---*)

Neraca Massa Kandungan Air

Fudara × Hin+ Fpadatan × Xin = Fudara × H42+ F padatan × Xout

Fudara × 0,006 + 1979,7980 × 0,1 = Fudara × H42+ 1979,7980× 0,02 0,006 Fudara + 197,9798 = Fudara × H42 + 39,5960

0,006 Fudara + 158,3838 = Fudara H42 ---**) Dengan mensubstitusi persaman **) ke persamaan *), maka diperoleh: 56,4504 Fudara – 15.632,5666 = 2633,2 × (0,006 Fudara + 158,3838) 56,4504 Fudara – 15.632,5666 = 15,7922 Fudara + 589.143,3158 56,4504 Fudara – 15,7922 Fudara = 417.056,3275 - 15.632,5666 40,6512 Fudara = 401.423,7609

Fudara = 9.874,8318 kg/jam

(36)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

LC.1 Tangki Penyimpanan Metilen Klorida (CH2Cl2) (V-101)

Fungsi : Menyimpan larutan metilen klorida untuk kebutuhan 30 hari

Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-212, Grade B

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Jenis Sambungan : Double welded butt joints

Jumlah : 1 unit

Data Perhitungan:

Temperatur, T = 25oC

Tekanan, P = 1 atm

Kebutuhan perancangan, t = 30 hari

Laju alir massa, F = 25,1577 kg/jam ρ metilen klorida, ρ = 1330 kg/m3

(Perry, 2008)

Perhitungan Ukuran Tangki: 1. Volume Tangki

V metilen klorida = ₃

/ 1330

/ 24 30

/ 1577 , 25

m kg

hari jam hari

jam

kg  

= 13,6192 m3

Faktor kelonggaran = 20%

Volume tangki, Vt = 1,2 × 13,6192 = 16,3430 m3

2. Diameter dan tinggi shell Direncanakan:

Tinggi shell tangki : diameter tangki Hs : D = 5 : 4 Tinggi tutup tangki : diameter tangki Hh : D = 1 : 4 Volume shell tangki (Vs)

Vs = ¼ π D2Hs

Vs = 3

16 5

(37)

Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal, Vh = 3

24D 

Volume tangki (V) V = Vs + 2Vh 16,3430 = 3

16 5

D

 + 3

12D 

16,3430 = 3

48 19

D 

Maka diameter tangki, D = 2,3603 m = 92,9242 in Tinggi shell tangki, Hs =  2,9503

    

D D H_s

m

Tinggi tutup tangki, Hh =  0,5901 

   

D D H_h

m

Tinggi tangki, Ht = Hs + 2Hh = 4,1305 m

3. Tebal shell tangki dan tutup tangki Untuk tutup atas tangki:

Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi = 101,325 kPa

Pdesain = 1,2 × 101,325 kPa = 121,5900 kPa

Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :

Tinggi cairan dalam tangki, h = m m

m m

4421 , 3 1305 , 4 3430

, 16

6192 , 13

3 3

 

Tekanan hidrostatik: υ = ρ × g × h = 1330 kg/m3

× 9,8 m/det2 × 3,4421 m = 44,8640 kPa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:

P operasi = 101,325 kPa + 44,8640 kPa = 146,1890 kPa P desain = 1,2 × 146,1890 = 175,4268 kPa

Joint efficiency, E = 0,8 (Brownell dan Young, 1959) Allowable stress, S = 17500 psia = 120658,248 kPa (Brownell dan Young, 1959)

Faktor korosi, C = 1/80 in (Peters, 2004)

Umur alat, n = 10 tahun

(38)

t = nC

Tebal tutup tangki bawah :

t = nC

Tebal tutup tangki atas :

t = nC

LC.2 Tangki Penyimpanan Natrium Hidroksida (NaOH) (V-102) Fungsi : Menyimpan larutan NaOH untuk kebutuhan

30 hari

Jumlah : 1 unit

(39)

Tekanan, P = 1 atm Kebutuhan perancangan, t = 30 hari

Laju alir massa, F = 657,4950 kg/jam ρ larutan σaτH, ρ = 1η20,3 kg/m3

(Perry, 1997)

V NaOH = ₃

/ 3 , 1520

/ 24 30

/ 4950 , 657

m kg

hari jam hari

jam

kg  

= 311,3836 m3

V NaOH = 82.258,1927 gal

Untuk tangki dengan volume lebih besar daripada 10.000 gal, maka digunakan tangki vertikal (Walas, dkk, 2005).

Tinggi shell tangki : diameter tangki Hs : D = 5 : 4 Tinggi tutup tangki : diameter tangki Hh : D = 1 : 4 Volume shell tangki (Vs)

Vs = ¼ π D2Hs

Vs = 3

16 5

D 

Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal, Vh = 3 24D



16 5

D

 + 3

12D 

373,6603 = 3 48 19

D 

    

D D H_s

m

Tinggi tutup tangki, Hh =  1,6748 

   

D D H_h

m

(40)

Pdesain = 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :

Tekanan hidrostatik:

υ = ρ × g × h = 1η20,3 kg/m3

t = nC

(41)

t = nC P SE

D

P _

 

2 , 0 2

t = 10 (1/80)

5900 , 121 2 , 0 8 , 0 248 , 120658 2

1700 , 264 5900 ,

121 _ _

   



t = 0,2911 in

tebal shell standar yang digunakan = ½ in

LC.3 Tangki Penyimpanan Fosgen (COCl2) (V-103)

Fungsi : Menyimpan fosgen untuk kebutuhan 30 hari Bahan Konstruksi : Low alloy steel SA-353

Jumlah : 1 unit

Tekanan, P = 1 atm

Laju alir massa, F = 772,9676 kg/jam

ρ fosgen dalam fasa cair, ρ = 1387 kg/m3 (Neogi, 2000)

Perhitungan Ukuran Tangki:

1. Volume Tangki

V fosgen = ₃

/ 1387

/ 24 30

/ 9676 , 772

m kg

hari jam hari

jam

kg  

= 401,2521 m3

V fosgen = 105.998,7664 gal

Untuk tangki dengan volume lebih besar daripada 10.000 gal, maka digunakan tangki vertikal (Walas, dkk, 2005).

Faktor kelonggaran mengikuti Faktor kelonggaran = 20%

(42)

Vs = ¼ π D2Hs

Vs = 3

16 5

D 

Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal, Vh = 3 24D



16 5

D

 + 3

12D 

481,5025 = 3 48 19

D 

    

D D Hs

m

Tinggi tutup tangki, Hh =  1,8225

    

D D Hh

m Tinggi tangki, Ht = Hs + 2Hh = 12,7572 m

Pdesain = 1,2 × 101,321 kPa = 121,5900 kPa Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :

Tinggi gas dalam tangki, h = m m

m m

6310 , 10 7572

, 12 481,5025

2521 , 401

3 3

 

Tekanan hidrostatik: υ = ρ × g × h = 4,248 kg/m3

Joint efficiency, E = 0,8 (Brownell dan Young, 1959) Allowable stress, S = 22500 psia= 155.131,4984 kPa

(Brownell dan Young, 1959)

(43)

Umur alat, n = 10 tahun

t = nC

Fungsi : Menyimpan piridin (katalis) untuk kebutuhan 30 hari

(44)

Tekanan, P = 1 atm

Laju alir massa, F = 6,1681 kg/jam ρ piridin, ρ = λ81,λ kg/m3

(Perry, 2008)

V piridin = ₃

/ 9 , 981

/ 24 30

/ 1681 , 6

m kg

hari jam hari

jam

kg  

= 4,5229 m3

Vs = ¼ π D2Hs

Vs = 3

16 5

D 

Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal, Vh = 3

24D 

16 5

D

 + 3

12D 

5,4275 = 3

48 19

D 

    

D D Hs

m

Tinggi tutup tangki, Hh =  0,3639

    

D D Hh

(45)

Tinggi tangki, Ht = Hs + 2Hh = 2,5473 m

Pdesain = 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa

Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :

Tekanan hidrostatik: υ = ρ × g × h = λ81,λ kg/m3

tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in

(46)

t = nC

P SE

D

P _

 

2 , 0 2

t = 10 (1/80)

5900 , 121 2 , 0 8 , 0 248 , 120658 2

3062 , 57 5900 , 121

  

  



t = 0,1655 in

LC. 5 Gudang Penyimpanan Bisfenol-a (C15H16O2) (F-101)

Fungsi : Menyimpan Bisfenol-a dalam kemasan plastik selama 7 hari

Bahan Konstruksi : Dinding dari beton dan atap dari seng Bentuk : Prisma segi empat beraturan

Jumlah : 1 unit

Tekanan, P = 1 atm

Laju alir massa, F = 1.873,8608 kg/jam

ρ bisfenol-a, ρ = 1,1λη kg/m3 (Perry, 1997) Kapasitas gudang = 1.873,8608 kg/jam × 24 jam/hari × 7 hari = 314.808,6146 kg. Bisphenol-a dikemas dalam goni plastik dengan kapasitas 50 kg/goni.

Maka goni yang dibutuhkan = 

goni kg

kg /

50

46 314.808,61

6.296,1723 goni

Tinggi gudang:

Asumsi tebal 1 goni plastik = 15 cm Maksimal tumpukan goni = 20 buah Faktor kelonggaran = 50%

(47)

Panjang gudang:

Direncanakan susunan goni = 30 goni × 15 goni Dimana panjang 1 goni = 60 cm

Faktor kelonggaran = 30% Untuk jalan dalam gudang = 30%

Panjang gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 60 cm × 30 = 23,4 m = 24 m.

Lebar gudang :

Faktor kelonggaran = 30 % Dimana lebar 1 goni 45 cm

Lebar gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 45 cm × 15 = 877,5 cm = 8,775 m ≈ 9 m.

LC.6 Blower I (B-101)

Fungsi : Mengumpankan fosgen ke mixing point I (M-101) Tipe : Turbo blower

Bahan konstruksi : Carbon steel

Jumlah : 1 unit

Data perhitungan:

Temperatur, T = 25 oC

Tekanan operasi, P = 1,6 atm = 162,12 kPa = 650,8866 in H2O Laju alir massa, F = 771,6365 kg/jam

ρ fosgen, ρ = 4,2480 kg/m3

Laju alir volum, Q = ₃

/ 248 , 4

/ 6365 , 771

m kg

jam kg F _

 =181,6510 m

3

/jam = 106,9107 ft3/menit

Daya turbo blower dapat dihitung dengan persamaan :

P = 0,000157 × Q (ft3/menit) × P (in H2O) (Perry, 2008) P = 0,000157 × 106,9107 × 650,8866 = 10,9251

Efisiensi blower = 80% P = 10,9251/ 0,8 = 13,6564

Digunakan daya motor standar 14 hp.

LC.7 Pompa Metilen Klorida (P-101)

(48)

II (M-102) Tipe : Centrifugal Pump Bahan konstruksi : Commercial steel

Jumlah : 1 unit

Cadangan : 1 unit

Data perhitungan:

Temperatur, T = 25 oC

Laju alir metilen klorida, F = 25,1577 kg/jam

Densitas metilen klorida, ρ = 1330 kg/m3 = 83,0322 lbm/ft3 Viskositas metilen klorida, = 0,17 cυ = 0,000114 lbm/ft.s

Laju alir volumetrik:

mv = ₃

/ 1330

/ 1577 , 25

m kg

jam kg

= 5,254. 10-6 m3/s = 0,000158 ft3/s

Desain pompa:

Untuk aliran turbulen, NRe > 2100

Di,opt = 0,363 mv0,45ρ0,13 (Peters, 2004)

= 0,363 × (5,254. 10-6 m3/s) 0,45 × (1330) 0,13 = 0,0039 m = 0,1533 in

Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : ¼ in

Schedule number : 40

Diameter dalam (ID) : 0,364 in = 0,00925 m = 0,0303 ft Diameter luar (OD) : 0,54 in = 0,045 ft

Inside sectional area, A : 0,00072 ft2

Kecepatan linier, V = 0,2189

00072 , 0

/ 000158 ,

0

2 3

 

ft s ft A

m_v

ft/s

Bilangan Reynold:

NRe = 4821,6558

000114 ,

0

0303 , 0 2189 , 0 0323 ,

83   _

  



 V D

(aliran turbulen) Untuk pipa commercial steeldiperoleh harga ε = 0,0001η ft (υeters, 1λ84) pada NRe = 4821,θηη8 dan ε/D = 0,0049

0303 , 0

00015 , 0

 ft

ft

diperoleh harga factor fanning (Gambar 5.1) , f = 0,011 (Peters,1984).

(49)

1 sharp edge entrance hc = 0,5 _ 

0,0017 ft.lbf/lbm

1 check valve hf = nKf 

0,0015 ft.lbf/lbm

Pipa lurus 100 ft Ff =

Total friction loss Σ F = 0,02λλ ft.lbf/lbm

Dari persamaan Bernoulli :









0

Tinggi pemompaan, ∆z = 2,1771 m = 7,142θ ft



7,1426



0 0,0299 0

-Ws = 7,1725 ft.lbf/lbm

Efisiensi pompa, = 80% (Peters, 1984) Digunakan daya motor standar ¼ hp.

LC.8 Pompa NaOH (P-102)

Fungsi : Memompa larutan NaOH dari tangki

(50)

Tipe : Centrifugal Pump Bahan konstruksi : Commercial steel

Jumlah : 1 unit

Cadangan : 1 unit

Laju alir NaOH, F = 657,4950 kg/jam

Densitas NaOH, ρ = 1.η20,3 kg/m3 = 94,9126 lbm/ft3 Viskositas NaOH, = 0,λθ14 cυ = 0,000θ lbm/ft.s

Laju alir volumetrik:

mv = ₃

Desain pompa:

Untuk aliran turbulen, NRe > 2100

Di,opt = 0,363 mv0,45ρ0,13 (Peters, 2004)

= 0,363 × (0,00012 m3/s) 0,45 × (1.520,3) 0,13 = 0,0162 m = 0,6376 in

Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : ¾ in

Bilangan Reynold:

NRe = 9.799,9636 Untuk pipa commercial steeldiperoleh harga ε = 0,0001η ft (υeters, 1λ84) pada NRe = λ.77λ,λθ3θ dan ε/D = 0,0022

diperoleh harga factor fanning (Gambar 2.10-3) , f = 0,0059 (Geankoplis, 2003).

Friction loss :

(51)

3 elbow 90o hf = nKf 

0,0330 ft.lbf/lbm

0,0293 ft.lbf/lbm

Total friction loss Σ F = 0,14λη ft.lbf/lbm









0

Tinggi pemompaan, ∆z = 1,2140 m = 3,λ82λ ft.



3,9829



0 0,1495 0 Digunakan daya motor standar ¼ hp.

LC.9 Conveyor I (C-101)

Fungsi : mengangkut bisfenol-a ke reaktor deprotonasi (R-101) Bentuk : horizontal screw conveyor

Bahan konstruksi : Carbon steel Jumlah : 1 unit

(52)

Kondisi operasi : Temperatur = 25 °C Tekanan = 1 atm

Laju alir bisfenol-a : F = 1873,8608 kg/jam =0,5205 kg/detik Densitas bisfenol-a : ρ = 11λη kg/m3= 74,6042 lbm/ft3

Laju alir volumetrik: Q = ₃ 

/ 1195

/ 8608 , 1873

m kg

jam kg

1,5681 m3/jam

= 55,3738 ft3/jam Perhitungan daya motor screw conveyor

Direncanakan screw conveyor berdiameter = 20 in

Dari Tabel 6.39 , 6.40 dan 6.41 (Chopey, 2004) diperoleh nilai A, N dan F P = 10-6(A.L.σ + Q.ρ.L.F)

dimana : A = faktor ukuran (size factor) L = jarak angkut (ft)

N = maksimal (r/menit) untuk ukuran diameter yang direncanakan

Q = Laju alir volumetrik (ft3/jam) ρ = densitas material (lbm/ft3) F = faktor material (material factor)

Maka : P = 10-6 (510 . 5 . 25 + 55,3738 . 74,6042 . 5 . 5) = 0,1670 hp Untuk efisiensi daya motor screw conveyor 80 %, maka :

Daya motor yang dibutuhkan = 0,1670 / 0,8 = 0,2088 hp Dipilih daya motor ¼ hp.

LC.10 Reaktor Deprotonasi(R-101)

Fungsi : Tempat terjadinya reaksi pembentukan garam bisfenol

Tipe : Reaktor Tangki Berpengaduk

Bentuk : Silinder vertikal dengan tutup datar dan alas ellipsoidal

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212, Grade B Jenis Sambungan : Double welded butt joints

(53)

a. Volume reaktor

Tabel LC.1 Komposisi bahan masuk ke Reaktor Deprotonasi (R-101)

Komponen Laju alir (kg/jam) ρ (kg/m3) V (m3/jam)

Bisfenol-a 1873,8608 1195 1,5681

NaOH 657,4950 1520,3 0,4325

Total 2531,3558 - 2,0006

Tabel LC.2 Komposisi bahan keluar dari Reaktor Deprotonasi (R-101)

Komponen Laju alir (kg/jam) ρ (kg/m3) V (m3/jam)

Bisfenol-a 93,6930 1195 0,0784

NaOH 32,8748 1520,3 0,0216

Garam Bisfenol 2123,7089 1312 1,6187

Air 281,0791 992,25 0,2833

Total 2531,3558 - 2,0020

Dalam hal ini terjadi perubahan densitas (ρ) karena perubahan jumlah mol selama reaksi, yaitu :

ρ Campuran masuk = 1279,4935 kg/m3 ρ Campuran keluar = 1274,8700 kg/m3

perubahan densitas sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Maka harga faktor volume (ε) yaitu ε = 0.

Reaktor dirancanng dengan space time ( ), = 1 jam

o o

V V

  

 

V = 1 jam × 2,0006 m3/jam = 2,0006 m3 Maka volume reaktor adalah 2,0006 m3

b. Diameter (Di) dan Tinggi Reaktor (HR) Diambil Hs : Di = 1 : 1

(54)

volume reaktor (VR) = volume tutup dan alas + volume silinder

(Brownell dan Young, 1959)

2,0006 m3 = 2 Di Di _D_i Tinggi larutan dalam reaktor (Hi):

V = 2 i

Kecepatan reaksi masing – masing komponen, yaitu:



(55)

 Tekanan operasi maksimum dinaikkan sebesar 10%, maka : Tekanan operasi (Pop) = 1,1 × 16,9391 = 18,6330 Psi

Dimana bahan konstruksi reaktor adalah Stainlees Steel SA-212 dengan data sebagai berikut :

Joint efficiency, E = 0,8 (Brownell, 1959)

Allowable stress, S = 17500 psia = 120658,248 kPa (Brownell, 1959)

Umur alat, n = 10 tahun Tebal silinder, ts :

ts = nC

(56)

th = nC P SE

D P

 



2 . 1 2

th = 10 (1/80 )

6330 , 18 2 . 0 8 , 0 17500

2

) / 37 , 39 ( 2410 , 1 6330 , 18

in psi

psi

m in m

psi

  

  

 

th = 0,1575 in

d. Perencanaan sistem pengaduk

Jenis pengaduk : turbin daun enam bilah datar (Badger, dkk., 1950) Jumlah baffle : 4 buah

Untuk turbin standar (McCabe, dkk., 1999) diperoleh : Da/Di = 1/3 ; 1/3 × 1,2410 = 0,4137 m E/Da = 1 ; 0,4137 m

L/Da = ¼ ; ¼ × 0,4137 = 0,1034 m W/Da = 1/5 ; 1/5 × 0,4137 = 0,0827 m J/Di = 1/12 ; 1/12 × 0,4137 = 0,0345 m Dimana :

Da = diameter impeller Di = diameter tangki

E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar baffle

Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran / detik

Bilangan Reynold (NRe) =   



 2

i

D N

2532,9126

Dari fig 3.4-4 Geankoplis, 1997 dengan menggunakan kurva 3, untuk pengaduk jenis turbin impeller dengan daun enam dan empat baffle, diperoleh Np = 1.

Daya pengaduk = σp × ρ × σ3 × Da5

Daya pengaduk = 1 × 1279,4935 × 1 × (0,4137)5 = 15,5002 hp.

LC.11 Pompa Reaktor Deprotonasi(P-103)

Fungsi : Memompa larutan produk R-101 menuju ke Cooler (E-101)

(57)

Bahan konstruksi : Commercial steel

Jumlah : 1 unit

Cadangan : 1 unit

Temperatur : 40oC

Laju alir campuran : 2531,3558 kg/jam

Densitas campuran : 1274,8700 kg/m3 = 79,5905 lbm/ft3 Viskositas campuran :

Tabel LC.3 Viskositas Bahan Keluar Reaktor Deprotonasi (R-101)

Komponen F (kg/jam) N (kmol) Xi (cυ) ln Xi . ln bisfenol-a 93,6930 0,4109 0,0167 1,2 0,1823 0,0030 NaOH 32,8748 0,8219 0,0333 0,9614 -0,0394 -0,0013 garam bisfenol 2123,7089 7,8078 0,3167 1.0807 0,0776 0,0246 Air 281,0791 15,6155 0,6333 0,6560 -0,4216 -0,2670

Total 2531,3558 24,6561 1 -0,2407

Viskositas campuran dapat dihitung dengan persamaan Heric-Brewer (Perry, 2008) ln = Σ Xi ln

ln = -0,2407 = exp (-0,2407)

= 0,78θ1 cυ = 0,000η lbm/ft.s

Laju alir volumetrik :

mv = ₃ 

/ 8700 , 1274

/ 3558 , 2531

m kg

jam kg

1,9856 m3/jam = 0,0006 m3/s = 0,0165 ft3/s

Desain Pompa :

Untuk aliran turbulen NRe > 2100

Di,opt = 0,363 mv0,45ρ0,13 (Peters, 2004)

= 0,363 × (0,0006 m3/s) 0,45 × (1274,8700) 0,13 = 0,0314 m = 1,2374 in

Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : 1 ½ in

Schedule number : 40

(58)

Inside sectional area, A : 0,01414 ft2

Bilangan Reynold:

NRe =      

23.656,4871 (a1liran turbulen) Untuk pipa commercial steeldiperoleh harga ε = 0,0001η ft (υeters, 1λ84) pada NRe = 23.θηθ,4871 dan ε/D = 0,0011

diperoleh harga factor fanning (Gambar 2.10-3) , f = 0,0057 (Geankoplis, 2003).

Friction loss :

0,0479 ft.lbf/lbm

0,0426 ft.lbf/lbm

Total friction loss Σ F = 0,12θλ ft.lbf/lbm









0

Tinggi pemompaan, ∆z = 2,1771 m = 7,142θ ft

(59)

Efisiensi pompa, = 80% (Peters, 1984) Wp= -Ws/ = λ,08θλ ft.lbf/lbm

Daya pompa, P =  550



v pm

W

 



550

5905 , 79 016546 ,

0 0869 , 9

0,0218 hp Digunakan daya motor standar ¼ hp.

LC.12 Blower II (B-102)

Fungsi : Mengumpankan kembali fosgen (recycle) ke mixing point I (M-101)

Tipe : Turbo blower Bahan konstruksi : Carbon steel

Jumlah : 1 unit

Cadangan : 1 unit

Tekanan operasi, P = 1,6 atm = 162,12 kPa = 650,8866 in H2O Laju alir massa, F = 1,3132 kg/jam

ρ fosgen, ρ = 4,2480 kg/m3

Laju alir volum, Q = ₃

/ 2480 , 4

/ 3132 , 1

m kg

jam kg F



 = 0,3091 m

3

/jam = 0,1819 ft3/menit

Daya turbo blower dapat dihitung dengan persamaan :

P = 0,000157 × Q (ft3/menit) × P (in H2O) (Perry, 2008) P = 0,000157 × 0,1819 × 650,8866 = 0,0186

Efisiensi blower = 80% P = 0,0186 / 0,8 = 0,0232

Digunakan daya motor standar ¼ hp.

LC.13 Pompa Piridin (P-104)

Fungsi : Memompa piridin (katalis) dari tangki penyimpanan piridin ke Mixing Point III (M-103)

Tipe : Centrifugal Pump Bahan konstruksi : Commercial steel

Jumlah : 1 unit

Cadangan : 1 unit

(60)

Laju alir metilen klorida, F = 6,1681 kg/jam

Densitas metilen klorida, ρ = λ81,λ kg/m3= 61,3002 lbm/ft3 (Perry, 2008) Viskositas metilen klorida, = 0,88 cυ = 0,000ηλ lbm/ft.s (Perry, 2008) Laju alir volumetrik:

mv = ₃

Desain pompa:

Untuk aliran laminar, NRe < 2100

Di,opt = 0,363 mv0,45 0,2 (Peters, 2004)

= 0,363 × (1,7450. 10-6 m3/s) 0,45 × (0,88) 0,2 = 0,0023 m = 0,0897 in

Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : 1/8 in

Bilangan Reynold:

NRe = 304,1204

Untuk pipa commercial steeldiperoleh harga ε = 0,0001η ft (υeters, 1λ84) pada NRe = 304,1204 dan ε/D = 0,0022

diperoleh harga factor fanning

(Gambar 5.1) , f = 0,008 (Peters,1984).

Friction loss :