LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

1.Kapasitas Produksi

Kapasitas produksi per tahun = 50.000 ton/tahun 1 tahun produksi = 330 hari

Maka, kapasitas produksi = jam/hari24xhari/tahun330kg/ton1000xton/tahun50.000 = 6313,131 kg/jam

2.Spesifikasi Produk Kaprolaktam

Kaprolaktam = minimal 99,5 % H2O = maksimal 0,3 %

H2SO4 = maksimal 0,2 % (www.honeywell.com)

3.Komposisi Bahan Baku Toluena

Toluena = 98 % berat

Benzena = 2 % berat

(PT Trans Pacific Petrochemical Indotama) 4.Komposisi Bahan Baku Oleum

Asam sulfat = 65 % berat

SO3 = 35 % berat

(www.alibaba.com) 5.Komposisi Udara (% mol)

N2 = 79 % mol

O2 = 21 % mol

(Perry dkk., 1998)

6.Komposisi Gas Hidrogen (H2) (% mol)

H2 = 90,52 % mol

Ar = 2,16 % mol

N2 = 7,32 % mol (PT. Air Liquid Indonesia)

7.Reaktor – 01 (R-101)

Reaksi yang terjadi :

C6H5CH3(l) + 3/2 O2(g) C6H5COOH(l) + H2O(l) Reaksi samping:

(2)

C6H5CH3(l) + O2(g) C6H5CHO(l) + H2O(l) Ketentuan :

1.konversi reaksi 30 %

2.selektivitas asam benzoat 90 %

3.selektivitas benzaldehida 10 %

4.gas O2 keluar reaktor 4 % berat O2 masuk

5.katalis Cobalt (Co) 0,22 lb/2000 lb toluena yang masuk

(Chauvel dkk., 1989) 8.Destilasi (T-101)

Ketentuan :

99 % toluena terpisah sebagai hasil bawah.

Semua benzena dan 99% air terpisahkan sebagai produk atas.

9.Destilasi (T-102)

Ketentuan :

99 % toluena terpisah sebagai produk atas.

99% benzaldehida dan semua asam benzoat terpisah sebagai produk bawah.

10.Destilasi (T-103)

Ketentuan :

Toluena, 99,9 % benzaldehida, dan 1 % asam benzoat terpisah sebagai produk atas.

99,9 % asam benzoat terpisah sebagai produk bawah.

11.Reaktor R-201

C6H5COOH(l) + 3 H2(g) C6H11COOH(l) Ketentuan :

1.konversi reaksi = 100 % (Chauvel dkk., 1989)

2.katalis masuk reaktor R-02 = 50 mg/2500 mg asam benzoat.

(Sayari dkk., 2008) 12.Reaktor R-301

C6H11COOH(l) + NOHSO4(l) C6H11ON.H2SO4(l) + CO2(g)

(3)

Ketentuan :

Tabel A.1 Daftar Titik Didih dan Berat Molekul Masing-Masing Zat

Nama Perusahaan Lokasi Kapasitas

(ton/tahun)

Rata-rata perkembangan (kenaikan) : +156

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

(4)

1.

Neraca Massa di Tangki Pencampur M-101

M-101ToluenaBenzenaH2OToluenaBenzenaBenzaldehidaH2OToluenaBenzaldehida213 Gambar A.1 Tangki Pencampur (M-101)

(5)

Fungsi : tempat mereaksikan toluena dan udara (oksigen) untuk menghasilkan asam benzoat. Reaksi :

Konversi 30%, selektivitas asam benzoat 90%. 1. Reaksi Utama :

C6H5CH3 + 3/2 O2 C6H5COOH + H2O ... r1 2. Reaksi samping :

C6H5CH3 + O2 C6H5CHO + H2O ... r2

(6)

F6 + F7 = F3 + F4 + F5 ... (5)

F6 Toluena = F3 Toluena – F Toluena yang bereaksi... (6)

F6 Toluena = F3 Toluena - σtoluena .r1 .Mr toluena - σtoluena .r2 .Mr toluena ... (7) 30% =

... (8)

F6 C6H5COOH = σC6H5COOH . r1 .Mr C6H5COOH ... (9)

F Benzaldehida reaksi 2 = σBenzaldehida . r2 . Mr Benzaldehida ... (10)

F Benzaldehida reaksi 2 = 10 / 90 x N6 C6H5COOH x Mr benzaldehida ... (11)

F6 Benzaldehida = F3 Benzaldehida+ F Benzaldehida reaksi 2 ... (12)

F7 O2 = 4% x F5 O2... (13)

F7 O2 = F5 O2 - σO2 .r1 .Mr O2 - σO2 .r2 .Mr O2 ... (14)

F O2 reaksi 1 = 3 / 2 x N6 C6H5COOH x Mr O2 ... (15)

F O2 reaksi 2 = 1 / 1 x N Benzaldehida reaksi 2 x Mr O2 ... (16)

F5 N2 = F7 N2, di mana F5 N2 = 79 / 21 . N5 O2. Mr N2 ... (17)

F3 Benzena = F6 Benzena ... (18)

F4 Cobalt = 0,22 lb / 2000 lb F3 Toluena ... (19)

F4 Cobalt = F6 Cobalt ... (20)

F6 H2O = ( N6 C6H5COOH + N Benzaldehida reaksi 2). Mr H2O + F3 H2O ... (21)

3.Neraca Massa di Filter P -101 P-101C6H5COOHBenzaldehidaToluenaBenzenaCobaltH2OC6H5COOHBenzaldehidaToluenaBenzenaH2 OCobalt689 Gambar A.3 Filter (P-101) Fungsi : untuk memisahkan katalis dari campuran produk dan umpan yang tidak bereaksi. Asumsi : cairan yang terikut pada padatan (katalis cobalt) dapat diabaikan. F6 = F8 + F9 ... (22)

F6 Toluena = F9 Toluena ... (23)

F6 C6H5COOH = F9 C6H5COOH ... (24)

F6 Benzaldehida = F9 Benzaldehida ... (25)

F6 H2O = F9 H2O ... (27)

F6 Cobalt = F9 Cobalt ... (28)

(7)

4.Neraca Massa di Kolom Destilasi T-101

T-101BenzenaH2O ToluenaBenzaldehidaC6H5COOHBenzena H2OToluenaH2OToluenaBenzaldehidaC6H5COOH91110

Gambar A.4 Destilasi 1 (T-101)

Fungsi : memisahkan air dan benzena dari komponen lainnya. Ketentuan :

Hasil atas = Semua benzena, 99% air, dan 1% toluena.

Hasil bawah = 1% air, 99% toluena, benzaldehida, dan asam benzoat.

F9 = F10 + F11 ... (29)

F10 Toluena = 0,99 x F9 Toluena ... (30)

F11 Toluena = 0,01 x F9 Toluena ... (31)

F9 C6H5COOH = F10 C6H5COOH ... (32)

F1 Benzena = 2% / 98% . F1 Toluena ... (36)

F11 H2O = 0,99 x F9 H2O ... (37) F10 H2O = 0,01 x F9 H2O ... (37a)

(8)

T-102H2OToluenaBenzaldehidaC6H5COOHH2OToluenaBenzaldehidaToluenaBenzaldehidaC6H5C OOH10212

Fungsi : memisahkan toluena dari komponen lainnya.

Ketentuan : Semua air, 99 % toluena, dan 1 % benzaldehida terpisah sebagai hasil atas.

F10 = F2 + F12 ... (38)

F10 H2O = F2 H2O ... (38a) F2 Toluena = 0,99 x F10 Toluena ... (39)

F12 Toluena = 0,01 x F10 Toluena ... (39a) F10 C6H5COOH = F12 C6H5COOH ... (40)

F10 Benzaldehida = F2 Benzaldehida + F12 Benzaldehida ... (41)

Benzaldehida yang membentuk loop (F2 Benzaldehida) dijaga semininal mungkin. Untuk menghindari terjadinya akumulasi, benzaldehida yang dihasilkan (F Benzaldehida hasil reaksi 2) sama dengan benzaldehida yang dibuang (F12 Benzaldehida), maka : F10 Benzaldehida= F Benzaldehida Loop + F Benzaldehida hasil reaksi ... (42)

F Benzaldehida hasil reaksi = F12 Benzaldehida = 0,99 x F10 Benzaldehida... (43)

F Benzaldehida Loop = F2 Benzaldehida = 0,01 x F10 Benzaldehida ... (44)

T-103ToluenaBenzaldehidaC6H5COOHToluenaBenzaldehidaC6H5COOHBenzaldehidaC6H5COOH 121413

Fungsi : memisahkan asam benzoat (C6H5COOH) dari komponen lainnya.

(9)

Ketentuan : 99,9% benzaldehida, sisa toluena, dan 0,1% asam benzoat (C6H5COOH) terpisah sebagai produk atas.

F12 = F13 + F14... (46)

F14 Toluena = F12 Toluena ... (46a) F12 C6H5COOH = F13 C6H5COOH+ F14 C6H5COOH ... (47)

F13 C6H5COOH = 0,999 x F12 C6H5COOH ... (48)

F14 C6H5COOH = 0,001 x F12 C6H5COOH ... (49)

F14 Benzaldehida = 0,999 x F12 Benzaldehida ... (50)

F13 Benzaldehida = 0,001 x F12 Benzaldehida ... (50a) 7.Neraca Massa di Reaktor R-201 R-201BenzaldehidaC6H5COOHPaladiumH2ArN2CH4ArN2CH4CHCAPaladiumBenzaldehida131517181 6 Gambar A.7 Reaktor 2 (R-201) Fungsi : tempat mereaksikan asam benzoat (C6H5COOH) dengan gas hidrogen untuk menghasilkan cyclohexane carboxylic acid (CHCA). Reaksi yang terjadi (stoikiometri): C6H5COOH + 3 H2 Cyclohexane Carboxilic Acid (CHCA) F13 + F15 + F16 = F17 + F18 ... (51)

F18 CHCA = F CHCA hasil reaksi ... (52)

F18 CHCA = N13 C6H5COOH x Mr CHCA ... (53)

F16 H2 = 3 / 1 x N13 C6H5COOH x Mr H2... (54)

F16 Argon = F17 Argon = 2,16 / 90,52 x N16 H2 x Mr Argon ... (55)

F16 N2 = F17 N2 ... (56)

F16 N2 = 4,49 / 90,52 x N16 H2 x Mr N2 ... (57)

F15 Paladium = F18 Paladium ... (58)

F18 Benzaldehida = F13 Benzaldehida ... (59a)

8.Neraca Massa di Filter P-201

(10)

P-201CHCAPaladiumBenzaldehidaPaladiumBenzaldehidaCHCA181920 Gambar A.8 Filter 2 (P-201)

Fungsi : memisahkan katalis paladium dari produk reaktor R-201. Asumsi : Benzaldehida terikut dalam cairan pada alur 19 dan diabaikan. F19 Paladium = recycle katalis Paladium 100%

F18 = F19 + F20 ... (60)

F18 CHCA = F20 CHCA ... (61)

F19 Benzaldehida = F18 Benzaldehida ... (63a) 9.Neraca Massa di Reaktor R-301 R-301CHCAOleumNOHSO4H2OCO2SO3CHCAKaprolaktam.H2SO4CHCAH2O222120242523 Gambar A.9 Reaktor 3 (R-301) Fungsi : tempat mereaksikan CHCA, oleum, dan asam nitrosilsulfur (NOHSO4)untuk menghasilkan kaprolaktam sulfat. Ketentuan : CHCA ekses 25 % dan konversi 50 %. F20 + F21 + F22 + F25 = F23 + F24 ... (64)

F CHCAmasuk reaktor = F20 CHCA+ F25 CHCA ... (65)

N CHCAyang bereaksi = %1250,5xCHCA) N +CHCA (N2520 N CHCAyang bereaksi = 0,4 (N20 CHCA+ N25 CHCA) ... (66)

(11)

N CHCAsisa (F25 CHCA) = 0,6 (N20 CHCA+ N25 CHCA) ... (67)

F23 H2SO4 = F21 H2SO4 + F H2SO4hasil reaksi ... (68)

F21 H2SO4 = Asam Sulfat dalam Oleum 35 % = 65 % . N21 kmol/jam . Mr H2SO4 ... (69)

F H2SO4 hasil reaksi = 0,4 (N20 CHCA+ N25 CHCA) kmol/jam. Mr H2SO4 ... (70)

F21 SO3 = F24 SO3 ... (71)

F21 SO3 = SO3 dalam Oleum 35 % ... (72)

F24 CO2 = 0,4 (N20 CHCA+ N25 CHCA) kmol/jam . Mr CO2 ... (73)

F22 NOHSO4 = 0,4 (N20 CHCA+ N25 CHCA) kmol/jam. Mr NOHSO4 .... (74)

F NOHSO4 yang bereaksi= 0,4 (N20 CHCA+ N25 CHCA) kmol/jam. Mr NOHSO4 .... (75)

F23 Kaprolaktam = 0,4 (N20 CHCA+ N25 CHCA) kmol/jam. Mr Kaprolaktam (76) F23 H2O = F22 H2O ... (77)

F22 H2O = 10% / 90% . F22 NOHSO4 (kg/jam) ... (78)

10.Neraca Massa di Tangki Pencampur (M-301) M-301Kaprolaktam.H2SO4CHCAH2OKaprolaktam.H2SO4CHCAH2OH2O262327 Gambar A.10 Tangki Pencampur (M-301) Fungsi : melarutkan kaprolaktam sulfat dengan air agar terpisah dari komponen lainnya. F23 + F26 = F27 ... (79)

F23 CHCA = F27 CHCA ... (80)

F23 Kaprolaktam = F27 Kaprolaktam ... (81)

F23 H2SO4 = F27 H2SO4 ... (82)

F27 H2O = F23 H2O + F26 H2O ... (83)

F26 H2O = 100/ 93,5 x F23 Kaprolaktam ... (84)

11.Neraca Massa di Dekanter FL-301

(12)

FL-301CHCAKaprolaktam.H2SO4CHCAH2OKaprolaktam.H2SO4H2O272528 Gambar A.11 Tangki Dekanter (FL-301)

Fungsi : memisahkan kaprolaktam dari CHCA sebelum dinetralisasi di reaktor netralisasi R-302.

Asumsi : larutan kaprolaktam yang terikut ke CHCA dapat diabaikan dengan pertimbangan perbedaan kelarutan dalam air dan perbedaan densitas yang besar.

F27 = F25 + F28 ... (85)

F27 CHCA = F25 CHCA ... (86)

F27 H2SO4 = F28 H2SO4 ... (89)

F27 H2O = F28 H2O ... (90)

12.Neraca Massa di Reaktor Netralisasi R-302 R-302Kaprolaktam.H2SO4H2ONH3H2OKaprolaktam (NH4)2SO4H2OH2SO4282930 Gambar A.12 Reaktor Netralisasi (R-302) Fungsi : tempat netralisasi kaprolaktam dari asam sulfat dan pembentukan kristal ammonium sulfat. Reaksi : 2 NH3 + Kaprolaktam.H2SO4 (NH4)2SO4 + Kaprolaktam F30 = F28 + F29 ... (91)

F29 NH3 = 2/1 . 0.99 . N28 H2SO4 (kmol/jam). Mr NH3 ... (93)

F30 (NH4)2SO4 = 1/1 . 0.99 . N28 H2SO4 (kmol/jam). Mr (NH4)2SO4 ... (94)

F30 H2O = F28 H2O + F29 H2O ... (95)

F29 H2O = 0,5/ 99,5 x F29 NH3 ... (96)

F30 H2SO4 = 0,01 . F28 H2SO4 ... (97) Di mana, F30 H2SO4 adalah asam sulfat sisa reaksi.

(13)

13.Neraca Massa di Filter P-301

P-301Kaprolaktam (NH4)2SO4H2OH2SO4 (NH4)2SO4H2OH2SO4Kaprolaktam H2OH2SO4303132

Gambar A.13 Filter (P-301)

Fungsi : memisahkan kristal (NH4)2SO4 (ammonium sulfat) dari campuran. Asumsi : cairan yang terikut ke kristal (NH4)2SO4 (ammonium sulfat) diabaikan.

F30 = F31 + F32 ... (98)

F30 (NH4)2SO4 = F31 (NH4)2SO4 ... (100)

F30 H2O = F32 H2O + F31 H2O ... (101)

F31 H2O = 0,8/98,5 . F31 (NH4)2SO4 ... (102)

F30 H2SO4 = F31 H2SO4+ F32 H2SO4 ... (103)

F31 H2SO4 = 0,7/98,5 . F31 (NH4)2SO4 ... (104)

14.Neraca Massa di Evaporator FE-301 FE-301Kaprolaktam H2OH2SO4H2OH2SO4Kaprolaktam H2OH2SO4323433 Gambar A.14 Evaporator (FE-301) Fungsi : memekatkan larutan kaprolaktam untuk dipadatkan di dalam spray dryer. F32 = F33 + F34 ... (105)

F32 H2O = F33 H2O + F34 H2O ... (107)

F32 H2SO4 = F33 H2SO4+ F34 H2SO4 ... (108)

15.Neraca Massa di Meeting Joint

(14)

Kaprolaktam

16.Neraca Massa di Spray Dryer

(15)

... (117)

F36 O2 = F37 O2 ... (118)

F36 N2 = F37 N2 ... (119)

F40 H2SO4 = F35 H2SO4 + 0,009% F40 H2SO4 ... (120)

17.Neraca Massa di Screening S-301

(16)

Kaprolaktam H2OH2SO4Kaprolaktam H2OH2SO4Kaprolaktam H2OH2SO4353841

Gambar A.17 Sreening (S-301)

Fungsi : memisahkan butiran kaprolaktam (caprolactam prill) yang tidak sesuai spesifikasi.

F41 = F35 - F38 ... (121)

F41 Kaprolaktam = 0,9 x F35 Kaprolaktam ... (122)

F41 H2SO4 = 0,9 x F35 H2SO4 ... (123)

F41 H2O = 0,9 x F35 H2O ... (124)

18.Neraca Massa di Melter ME-301

Gambar A.18 Melter (ME-301)

(17)

Fungsi : meleburkan kembali butiran kaprolaktam yang ukurannya tidak sesuai dengan spesifikasi produk.

F38 = F39 ... (125)

F38 Kaprolaktam = 0,1 x F35 Kaprolaktam ... (126)

F38 H2SO4 = 0,1 x F35 H2SO4 ... (128)

F38 H2SO4 = F39 H2SO4 ... (129)

F38 H2O = 0,1 x F35 H2O ... (130)

F38 H2O = F39 H2O ... (131)

Penyelesaian Persamaan Neraca Massa Sebelumnya 1.Neraca Massa Kaprolaktam (C6H11ON)

Kapasitas produksi = 6313,131 kg/jam Kaprolaktam Spesifikasi Kaprolaktam : 99,5 % berat, maka :

(18)

Kaprolaktam (F41 Kaprolaktam ) = 0,995 x 6313,131 kg/jam

= 6281,566 kg/jam

H2O (F41 H2O) = 0,3 % berat produk

= 0,003 x 6313,131 kg/jam = 18,939 kg/jam

H2SO4 (F41 H2SO4) = 0,2 % berat produk

= 0,002 x 6313,131 kg/jam = 12,626 kg/jam

Maka, F41 Kaprolaktam= 6281,566 kg/jam

Melalui Pers. (123), (127), (116) dan (118), diperoleh : F41 Kaprolaktam = 0,9 x F35 Kaprolaktam ; maka

F35 Kaprolaktam = 6281,566/ 0,9 = 6979,517 kg/jam

F38 Kaprolaktam = 0,1 x F35 Kaprolaktam = 0,1 x 6979,517

= 697,952 kg/jam

F37 Kaprolaktam = 0,009 % x F40 Kaprolaktam

F40 Kaprolaktam = F35 Kaprolaktam + F37 Kaprolaktam

F40 Kaprolaktam = 6979,517kg/jam + 0,009% F40 Kaprolaktam = 6979,517/ 0,99991

= 6980,146 kg/jam F37 Kaprolaktam = 0,009 % x F40 Kaprolaktam

= 0,009% x 6282,131 = 0,628kg/jam

Melalui Pers. (128) dan (111), diperoleh :

F39 Kaprolaktam = F38 Kaprolaktam

= 697,952 kg/jam

F40 Kaprolaktam = F39 Kaprolaktam+ F33 Kaprolaktam, maka :

F33 Kaprolaktam= (6980,146– 697,952) kg/jam = 6282,194 kg/jam

Melalui Pers. (107), (100), (93), (89) dan (83) diperoleh :

F33 Kaprolaktam = 6282,194 kg/jam

2.Neraca Massa Air (H2O)

Melalui perhitungan spesifikasi produk, diperoleh :

F41 H2O = 18,939 kg/jam

Melalui Pers. (125), (131), (117) dan (118), diperoleh :

(19)

(20)

0,4 (N20 CHCA+ N25 CHCA) = 55,595 kmol/jam

F22 NOHSO4 = 0,4 (N20 CHCA+ N25 CHCA) . Mr NOHSO4 = 55,595. 127

= 7060,519 kg/jam

Maka, F23 H2O = F22 H2O = 10/90 x F22 NOHSO4 kg/jam

= 10/90 x 7060,519kg/jam = 784,502 kg/jam.

F27 H2O= 784,502+ 6718,924kg/jam

= 7503,426 kg/jam

Untuk F29 NH3, dapat dicari dengan substitusi Pers (94), (90), (84), (70), (71), dan (72) sehingga diperoleh :

F29 NH3 = 2 x 0,99 x N28 H2SO4 kmol/jam . Mr NH3

N28 H2SO4 = N27 H2SO4 = N23 H2SO4 = N21 H2SO4 + N H2SO4hasil reaksi ... (e)

Di mana, N21 H2SO4 = Asam sulfat yang terdapat dalam Oleum 35 %

Kebutuhan Oleum 35 % = 3 mol/mol Kaprolaktam yang terbentuk. = 3 x 55,595 kmol/jam

= 166,785 kmol/jam = 166,785 x Mr Oleum = 29687,536 kg/jam

F21 H2SO4 = 65 % x 29687,536kg/jam = 19296,898 kg/jam

N21 H2SO4 = 196,907 kmol/jam

N H2SO4hasil reaksi = 0,4 (N20 CHCA+ N25 CHCA) = 55,595 kmol/jam

N21 H2SO4 dan N H2SO4hasil reaksi dimasukkan ke Pers (e), diperoleh :

N28 H2SO4 = N27 H2SO4 = N23 H2SO4 = 196,907+ 55,595= 252,502 kmol/jam

F28 H2SO4 = F27 H2SO4 = F23 H2SO4 = 24745,172 kg/jam

Maka, F29 NH3 = 2 . N28 H2SO4 kmol/jam . Mr NH3 = 2. 227,251 . 17

= 8499,209 kg/jam

F27 H2O dan F29 NH3 masuk ke Pers. (c), sehingga diperoleh :

F31 H2O + F32 H2O = F30 H2O = F27 H2O + (0,5/ 99,5 x F29 NH3 kg/jam)

F31 H2O + F32 H2O = F30 H2O = 7503,426 kg/jam + (0,5/ 99,5 x 8499,209) kg/jam

F30 H2O = 7546,136 kg/jam

Dari Pers. (103), F31 H2O = 0,8/98,5 . F31 (NH4)2SO4, di mana :

F31 (NH4)2SO4= F30 (NH4)2SO4

= 1/1 x 0,99 x N28 H2SO4. Mr (NH4)2SO4

= 1/1 x 0,99 x 252,502 . 132,14 = 33039,426 kg/jam

F31 H2O = 0,8/98,5. 33039,426kg/jam

(21)

= 268,341 kg/jam

Maka, F32 H2O = F30 H2O – F31 H2O = 7546,136 - 268,341

= 7277,795 kg/jam

F32 H2O masuk ke Pers. (a), F32 H2O = 18,941+ F34 H2O

Maka, F34 H2O= 7258,854 kg/jam Melalui Pers. (97) dan (96) :

F29 H2O = 0,5/ 99,5 x F29 NH3 = 0,5/99,5 x 8499,209

= 42,710 kg/jam

F30 H2O = F28 H2O + F29 H2O, sehingga:

F28 H2O = F30 H2O – F29 H2O

= 7546,136 – 42,710 = 7503,426 kg/jam

3.Neraca Massa Asam Sulfat (H2SO4)

Dari spesifikasi produk, asam sulfat = 12,626 kg/jam, maka:

F41 H2SO4 = 12,626 kg/jam Melalui pers. (124), (129), (130) dan (121) :

F41 H2SO4 = 0,9 x F35 H2SO4; Maka, F35 H2SO4= F41 H2SO4 / 0,9 = 12,626/0,9

= 14,029 kg/jam

F38 H2SO4 = 0,1 x F35 H2SO4 = 0,1 x 14,029kg/jam = 1,403 kg/jam

F39 H2SO4 = F38 H2SO4 = 1,403 kg/jam

F40 H2SO4 = F35 H2SO4 + 0,009% F40 H2SO4 0,99991 F40 H2SO4 = F35 H2SO4

F40 H2SO4 = 14,029/0,99991

F40 H2SO4= 14,030 kg/jam Maka, F37 H2SO4 = 0,001 kg/jam Melalui pers. (113) :

F40 H2SO4 = F39 H2SO4+ F33 H2SO4; maka : F33 H2SO4= F40 H2SO4– F39 H2SO4 = (14,029– 1,403) kg/jam

= 12,628 kg/jam

Dari Pers (e), N28 H2SO4 = N27 H2SO4= N23 H2SO4= N21 H2SO4+ N H2SO4hasil reaksi Di mana, F21 H2SO4 = Asam sulfat yang terdapat dalam Oleum 35 %

(22)

F21 H2SO4 = 65 % x 29687,536kg/jam = 19296,898 kg/jam

N21 H2SO4 = 196,907 kmol/jam Maka,

N H2SO4hasil reaksi = 0,4 (N20 CHCA+ N25 CHCA) = 55,595 kmol/jam

N21 H2SO4 dan N H2SO4hasil reaksi dimasukkan ke Pers (e), diperoleh :

N28 H2SO4 = N27 H2SO4 = N23 H2SO4 = 196,907+ 55,595= 252,502 kmol/jam

F28 H2SO4 = F27 H2SO4 = F23 H2SO4 = 24745,172 kg/jam

Dari pers (98), F30 H2SO4 = 0,01 x F28 H2SO4 = 0,01 x 24745,172

= 247,452 kg/jam

Dari pers (105), (104), dan (109) :

F31 H2SO4= 0,7/98,5 . F31 (NH4)2SO4 = 0,7/98,5 . 33039,426

= 234,798 kg/jam

F30 H2SO4 = F31 H2SO4+ F33 H2SO4+ F34 H2SO4 ... (f) Di mana, F33 H2SO4= 12,628 kg/jam.

F31 H2SO4= 234,798 kg/jam.

Maka, F34 H2SO4= F30 H2SO4 - F31 H2SO4 - F33 H2SO4 = 247,452 – 234,798 – 12,628

= 0,026 kg/jam.

Sehingga, F32 H2SO4 = F33 H2SO4+ F34 H2SO4 = 12,628 + 0,026

= 12,654kg/jam

4.Neraca Massa Amonia (NH3)

Melalui Pers (94), F29 NH3 = 2 x 0,99 x N28 H2SO4 kmol/jam . Mr NH3 = 2. 0,99. 252,502 . 17

= 8499,209 kg/jam

5.Neraca Massa Amonium Sulfat ((NH4)2SO4)

Melalui Pers.(101) dan (95),

F31 (NH4)2SO4 = F30 (NH4)2SO4 = 1/1. 0,99 . N28 H2SO4 (kmol/jam). Mr (NH4)2SO4 = 1/1. 0,99. 252,502 kmol/jam. 132,14

= 33039,426 kg/jam

6.Neraca Massa Cyclohexane Carboxylic Acid / CHCA (C7H11O2)

Dari Pers. (69), (82), dan (88), diperoleh :

N25 CHCA= N27 CHCA= N23 CHCA= 0,6 (N20 CHCA+ N25 CHCA) ... (g)

Dari Pers. (78) :

F23 Kaprolaktam = 0,4 (N20 CHCA+ N25 CHCA) . Mr Kaprolaktam 0,4 (N20 CHCA+ N25 CHCA) = F23 Kaprolaktam / Mr Kaprolaktam

= 6282,194 / 113

0,4 (N20 CHCA+ N25 CHCA) = 55,595 kmol/jam , maka :

(23)

N20 CHCA+ N25 CHCA = 138,987 kmol/jam

Dimasukkan ke pers. (g) diperoleh :

N25 CHCA = N27 CHCA = N23 CHCA = 0,6 (N20 CHCA+ N25 CHCA) = 0,6 . 138,987 kmol/jam

= 83,392 kmol/jam

Sehingga,

F25 CHCA= F27 CHCA= F23 CHCA = 10674,170 kg/jam Untuk F20 CHCA :

N20 CHCA+ N25 CHCA = 138,987 kmol/jam, Di mana : N25 CHCA = 83,392kmol/jam N20 CHCA = 138,987 – 83,392 = 55,595 kmol/jam

F20 CHCA = 7116,113 kg/jam.

Dari Pers. (63), F18 CHCA = F20 CHCA = 7116,113 kg/jam

7.Neraca Massa Asam Nitrosilsulfur (NOHSO4)

Melalui Pers (76) dan (77) :

F22 NOHSO4 = 0,4 (N20 CHCA+ N25 CHCA) kmol/jam . Mr NOHSO4 = 55,595 . 127

= 7060,519 kg/jam

F NOHSO4bereaksi = 0,4 (N20 CHCA+ N25 CHCA) kmol/jam . Mr NOHSO4

= 55,595.127

= 7060,519 kg/jam

F22 NOHSO4 tepat habis bereaksi (reaktan pembatas) akibat adanya CHCA ekses 25% dan alur CHCA recycle ke reaktor.

8.Neraca Massa SO3

F21 SO3 = F24 SO3, di mana F21 SO3 = SO3 dalam Oleum 35 %.

Maka, dari pers (73)

F21 SO3 = F24 SO3

= 35 % x 29687,536kg/jam

= 10390,637 kg/jam.

9.Neraca Massa Asam Benzoat (C6H5COOH)

Melalui Pers (53) diperoleh F13 C6H5COOH, yaitu :

F18 CHCA = N13 C6H5COOH kmol/jam x Mr CHCA di mana F18 CHCA = 7116,113 kg/jam

N13 C6H5COOH = 7116,113 / 122 = 55,595 kmol/jam

F13 C6H5COOH = 6782,546 kg/jam

(24)

Dari pers. (48), (49), (47), diperoleh :

F13 C6H5COOH = 0,999 x F12 C6H5COOH

F12 C6H5COOH= 6789,335 kg/jam

Dan, F14 C6H5COOH = 0,001 x 6789,335

= 6,789 kg/jam

Kemudian, dari pers (40), (32),(24) :

F12 C6H5COOH = F10 C6H5COOH

= F9 C6H5COOH

= F6 C6H5COOH

= 6789,335 kg/jam

N12 C6H5COOH = N10 C6H5COOH

= N9 C6H5COOH

= N6 C6H5COOH

= 55,650 kmol/jam

10.Neraca Massa Paladium (Pd)

Dari Pers. (61) dan (65), F15 Paladium = F18 Paladium = F19 Paladium

F15 Paladium = Paladium masuk reaktor (R-201)

= 50 mg / 2500 mg C6H5COOH masuk R-201 (F13 C6H5COOH) = 50x2500 COOHHC F5613

= 6782,546/2500 x 50 = 135,651 kg/jam

Maka, F15 Paladium= F18 Paladium= F19 Paladium= 135,651 kg/jam

11.Neraca Massa Benzaldehida (C6H5CHO)

Melalui Pers. (11) :

N Benzaldehida reaksi 2 = 10/90 x N6 C6H5COOH kmol/jam = 10/90 x 55,650 kmol/jam

= 6,183 kmol/jam

F Benzaldehida reaksi 2 = 655,437 kg/jam

Melalui pers (42), (43),(44), dan (45) :

F12 Benzaldehida = F Benzaldehida reaksi 2

= 655,437 kg/jam

F Benzaldehida loop = F2 Benzaldehida = F3 Benzaldehida

= 0,01/0,99 x 655,437

= 6,621 kg/jam

F3 Benzaldehida = F2 Benzaldehida

= 6,621 kg/jam

Melalui pers (12) dan (25) diperoleh :

F6 Benzaldehida = F3 Benzaldehida + F Benzaldehida reaksi 2 = 6,621 + 655,437

= 662,057 kg/jam

(25)

F9 Benzaldehida = F6 Benzaldehida

= 662,057 kg/jam Pers (33):

F10 Benzaldehida = F9 Benzaldehida

= 662,057 kg/jam

Dari pers. (50) dan (50a) diperoleh :

F14 Benzaldehida = 0,999 x F12 Benzaldehida = 589,303 kg/jam

F13 Benzaldehida = 0,001 x F12 Benzaldehida = 0,590 kg/jam

F18 Benzaldehida= F13 Benzaldehida = 0,590 kg/jam

F19 Benzaldehida= F18 Benzaldehida = 0,590 kg/jam

12.Neraca Massa Toluena (C6H5CH3)

Melalui Pers. (7), (8), (9), dan (10) :

F6 C6H5COOH = σC6H5COOH . r1 .Mr C6H5COOH 6110,401 kg/jam = 1 . r1 . 122 kg/mol

r1 = 55,650 kmol/jam

F Benzaldehida reaksi = σBenzaldehida . r2 . Mr Benzaldehida 589,893 kg/jam = 1. r2 . 106 kg/mol

r2 = 6,183 kmol/jam

Konversi = 30 % =

30 % = F3 Toluena =

F3 Toluena = 18962,320 kg/jam

F6 Toluena = F3 Toluena - σtoluena .r1 .Mr toluena - σtoluena .r2 .Mr toluena

= 18962,320 - = 18962,320 -

= 13273,624 kg/jam

Dari Pers. (23), (30), dan (31) :

F9 Toluena = F6 Toluena

= 13273,624 kg/jam

F10 Toluena = 0,99 x F9 Toluena = 0,99 x 13273,624 kg/jam

(26)

= 13140,888kg/jam

F11 Toluena = 0,01 x F9 Toluena = 0,01 x 13273,624 kg/jam

= 132,736 kg/jam

Karena T10 diketahui, maka T2 dapat dihitung dengan Pers. (39) :

F2 Toluena = 0,99 x F10 Toluena = 13009,479 kg/jam

F12 Toluena = 0,01 x F10 Toluena = 131,409 kg/jam

F14 Toluena = F12 Toluena = 131,409 kg/jam

Untuk F1 Toluena (toluena yang masuk M-101), dapat dicari dari Pers. (2) : F3 Toluena = 18962,320 kg/jam

F1 Toluena + F2 Toluena = F3 Toluena

F1 Toluena = F3 Toluena – F2 Toluena = 18962,320kg/jam – 13009,479kg/jam = 5952,841kg/jam

13.Neraca Massa Gas Oksigen (O2)

Dari pers (13), (14), (15), dan (16) :

F O2 reaksi 1 = 3/2 x N6 C6H5COOH x Mr O2 = 3/2 x 55,650 x 32

= 2671,214 kg/jam

F O2 reaksi 2 = 1/1 x N Benzaldehida reaksi 2 x Mr O2 = 6,183 x 32 = 197,868 kg/jam

Maka,

F7 O2 = 4 % berat x F5 O2

Pers.(13) masuk ke Pers (h), diperoleh :

F7 O2 = F5 O2 - F O2 reaksi 1 - F O2 reaksi 2 F7 O2 = F5 O2 - 2671,214– 197,868

F5 O2 = 0,04. F5 O2 + 2869,082 kg/jam,

F5 O2 = 2988,626 kg/jam

N5 O2 = 93,395 kmol/jam

F7 O2= 0,04. F5 O2

= 0,04 . 2988,626 = 119,545 kg/jam

14.Neraca Massa Gas Hidrogen (H2)

Dari Pers. (54) :

F16 H2 = 3/1. N13 C6H5COOH kmol/jam x Mr H2

N16 H2 = 3 x N13 C6H5COOH kmol/jam = 3 x 55,595 kmol/jam

= 166,785 kmol/jam F16 H2 = 333,568 kg/jam.

(27)

15.Neraca Massa Gas Argon (Ar)

Dari Pers. (55) :

F16 Argon = F17 Argon , di mana :

F16 Argon = 2,16/ 90,52 x N16 H2 kmol/jam x Mr Argon = 2,16/90,52 x 166,784 x 40

= 159,193 kg/jam. F17 Argon = F16 Argon

= 159,193 kg/jam

16.Neraca Massa Gas Nitrogen (N2)

F5 N2 = F7 N2, di mana :

F5 N2 = 79/21 . N5 O2. Mr N2 = 79/21 x 93,395 x 28

= 9837,606 kg/jam F7 N2 = F5 N2 = 9837,606 kg/jam

F16 N2 = F17 N2, di mana :

F16 N2 = 7,32/90,52 x N16 H2 x Mr N2 = 7,32/90,52 x 166,784 x 28

= 377,640 kg/jam

F17 N2 = F16 N2 = 377,640 kg/jam

17.Neraca Massa Gas Karbondioksida (CO2)

Melalui Pers. (75):

F24 CO2 = 0,4 (N20 CHCA+ N25 CHCA) kmol/jam . Mr CO2 F24 CO2 = 55,595 kmol/jam . 44

F24 CO2= 2446,164 kg/jam

* Catatan (tambahan neraca massa H2O) Dari pers (21) :

F6 H2O = ( N6 C6H5COOH + N Benzaldehida reaksi 2). Mr H2O + F3 H2O = (55,650 + 6,183) . 18 + F3 H2O ...(*)

F6 H2O = 1124,248 kg/jam

Dari Pers. (27), (37), dan (45a) dapat diperoleh : F9 H2O = F6 H2O

F3 H2O = F2 H2O = F10 H2O Maka,

F9 H2O = (55,650 + 6,183) . 18 + F10 H2O = 1112,994 + F10 H2O ...(**)

F10 H2O = 0,01 x F9 H2O

F10 H2O = 0,01 x (1112,994 + F10 H2O) F10 H2O = 11,130 + 0,01 F10 H2O

(28)

0,99 F10 H2O = 11,130

F10 H2O = 11,242 kg/jam

Maka dari Pers. (**) diperoleh :

F9 H2O = 1112,994 + F10 H2O = 1112,994 + 11,242

= 1124,248 kg/jam F6 H2O = F9 H2O = 1124,248 kg/jam

F11 H2O = 0,99 x F9 H2O

= 1113,006 kg/jam F2 H2O = F10 H2O

= 11,242 kg/jam

F3 H2O = F2 H2O

= 11,242 kg/jam

18.Neraca Massa Cobalt (Co)

Kebutuhan katalis Cobalt adalah 0,22 lb/ 2000 lb toluena yang masuk reaktor.

F4 Cobalt = (0,22/ 2000) x F3 Toluena = (0,22/2000) x 18962,320 kg/jam.

= 2,086 kg/jam

Dari Pers (19), (20), dan (28), F4 Cobalt= F6 Cobalt= F8 Cobalt= 2,086 kg/jam

19.Neraca Massa Benzena (C6H6)

Melalui Pers. (36) diperoleh :

F1 Benzena adalah benzena yang terdapat dalam toluena bahan baku. F1 Toluena = 5952,841 kg/jam (98% berat)

F1 Benzena = 2% / 98% x 5952,841kg/jam = 121,487 kg/jam

F1 Benzena = F11 Benzena

= 121,487 kg/jam

Dan dari pers (34) dan (35) : F11 Benzena = F9 Benzena F9 Benzena = F1 Benzena

F9 Benzena = 121,487 kg/jam

Dari pers (26) dan (18) diperoleh :

F9 Benzena = F6 Benzena = F3 Benzena = 121,487 kg/jam

(29)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Basis Perhitungan : 1 jam operasi Satuan : kJ/jam

Temperatur Basis : 250 = 298,15 K

- Perhitungan beban panas pada masing-masing alur masuk dan keluar Q = H = (Smith dkk.,1996)

- Persamaan umum menghitung kapasitas panas gas Cp(g) = A + BT + CT2 + DT3 + ET4 (Yaws, 2003) - Persamaan umum menghitung kapasitas panas cairan Cp(l) = A + BT + CT2 + DT3 (Yaws, 2003)

- Persamaan umum menghitung kapasitas panas padatan

(30)

Cp(s) = A + BT + CT2 (Yaws, 2003)

1. Cp Gas

Di mana : Cp (J/mol K) dan T (K)

Tabel B.1 Data Menghitung Kapasitas Panas gas

(Yaws, 2003)

2. Cp Liquid

Di mana : Cp (J/mol K) dan T (K)

Tabel B.2 Data Menghitung Kapasitas Panas Cairan

(Yaws, 2003)

3. Cp Solid

(ton/tahun)

(31)

Di mana, Cp (J/mol K), dan T (K)

Tabel B.3 Data Menghitung Kapasitas Panas Padatan

(Yaws, 2003)

4.

Enthalpy Pembentukan (ΓH298) ΔH298 (kJ/mol) dan T (K)

Tabel B.4 Data Enthalpy Pembentukan Standard

(Yaws, 2003 dan Smith dkk.,1996)

(ton/tahun)

(32)

(Yaws, 2003)

Fungsi: mencampur bahan baku dan bahan recycle untuk diumpankan kedalam reaktor (R-101) Tujuan : menentukan suhu keluar dari pencampuran

(ton/tahun)

(33)

M-101T = 30oCT = 116 oCT = oC231 Gambar B.1 Mixer (M-101)

Neraca Panas Total

Panas yang masuk = panas yang keluar, maka: Q1+Q2= Q3

Di mana:

Q1=Panas masuk dari fresh toluena yang berasal dari tangki (TT-101) Q2= Panas dari recycle

Q3= Panas campuran (fresh+ recycle) Neraca Panas Masuk T= 30oC (303,15 K)

Toluena (C6H5CH3)

Panas masuk dT CplN303,15298.151senyawa inQ = 3025dT Cp 303.15298.15dT Cpl

= [83,703+5,17.10-1T-1,49.10-3T2 +1,97.10-6 T3]dT 303.15298.15dT Cp 303.15298.15

= dT 303.15298.15dT Cp 303.15298.15

=dT 303.15298.15dT Cp 303.15298.15 = 789 J/mol

Qtoluena = n. Cp dT

=64,700 . 789 = 51048,300 kJ

(34)

Benzena (C6H6)

Panas masuk

= 3025dT Cp 303.15298.15dT Cpl

= [ -31,662+ 1,30.T – 3,61.10-3.T2 +3,82.10-6.T3]dT 303.15298.15dT Cp 303.15298.15

= dT 303.15298.15dT Cp 303.15298.15

=dT 303.15298.15 = 691 J/mol

Qbenzena = n. Cp.dT =1,557. 691 = 1075,887 kJ Tabel B.8 Panas Masuk Alur 1 ke Mixer (M-101)

Neraca panas masuk yang dibawa toluena recycle T=1160C (389,15 K)

Panas masuk dT CplN383,45298.152senyawa inQ = 110.325dT Cp 389.15298.15dT Cpl

= [83,703+5,1666.10-1T-1,4910.10-3T2 +1,9725dT 389.15298.15dT Cp 389.15298.15 = dT 389.15298.15dT Cp 389.15298.15

(ton/tahun)

PT Indonesia Toray Synthetics

PT Filamendo Sakti PT Indonesia Asahi

Tangerang, Banten Tangerang, Banten Purwakarta, Jabar Tangerang dan Cibitung

16.000 28.000 8.550 6.500

gan

(kg/

(35)

=dT = 14200

Qtoluena = n. Cp.dT = 141,407. 14200

= 1993838,700 kJ

Air (H2O)

Panas masuk dT Cpl HvldT CplN383.45TdTd298.152senyawa inQ = 10025dT Cp 373.15298.15dT Cpl

= [83,703+5,1666.10-1T-1,4910.10-3T2 +1,9725dT 373.15298.15dT Cp 373.15298.15 = dT 373.15298.15dT Cp 373.15298.15

=dT = 5660 J/mol

Air (H2O)

= 116100dT Cp 389,15373.15dT Cpv

= [33,933-8,418.10-3T+2,990.10-5T2 -1,78.10-8 T3+3,693dT 389,15373.15dT Cp 389,15373.15 = dT 389,15373.15dT Cp 389,15373.15

(36)

=dT = 362 J/mol

∆HVL = 40656,2 J/mol (Reklaitis, 1983) Qair = n. Cp.dT = n (Cpl dT+∆HVL+ Cpv dT) = 0,624 (5660+40656,2 +362)

= 29107,852 kJ

Benzaldehida (C6H5CHO)

Panas masuk

= 110.325CpdT 389.15298.15dT Cpl

= [72,865+7,4.10-1T-1,71.10-3T2 +1,76.10-6 T3 dT 389.15298.15dT Cp 389.15298.15

= dT 389.15298.15dT Cp 389.15298.15 =dT

= 15800 kJ/mol Qbenzaldehida = n. Cp.dT = 0,062. 15800

= 973,400 kJ

Tabel B.9 Panas Masuk Alur 2 ke Mixer ( Alur recycle)

(ton/tahun)

PT Filamendo Sakti PT Indonesia Asahi Chemical Ind.

Tangerang, Banten Tangerang, Banten Purwakarta, Jabar Tangerang dan Cibitung Rengasdengklok

16.000 28.000 8.550 6.500 7.000

(37)

Maka, Q3 = Q1+Q2

Q3 = 52124,187 + 2023919,952 = 2076044,139kJ

Dengan trial suhu, maka suhu keluar dari (M-101) adalah 900C (363,15K) Tabel B.10 Neraca Panas Total Mixer (M-101)

LB.2 Heater (E-101)

Fungsi : memanaskan campuran toluena dari 900C (363,15K).menjadi 1600C (433,15 K) agar sesuai dengan kondisi reaktor (R-101)

Tujuan : menentukan banyaknya kebutuhan steam pemanas 90 0C 1600Csaturated steam 3000CKondensat pada 3000C33 Gambar B.2 Heater (E-101)

Panas masuk kedalam Heater (E-101) adalah panas keluar dari Mixer (M-101) 900C (363,15 K) yaitu 2076044,139 kJ. Maka panas keluar Heater (E-101) adalah:

Panas keluar dT CpvHvl dT

CplN433.15TdTd298.153senyawa outQ

= 11125dT Cp 384.15298.15dT Cpl

= [83,703+5,1666.10-1T-1,4910.10-3T2 +1,9725dT 384.15298.15dT Cp 384.15298.15

(ton/tahun)

16.000 28.000 8.550 6.500

662,057

(38)

= dT 384.15298.15dT Cp 384.15298.15 =dT

= 14200

= 160111dT Cp 433.15384.15dT Cpv

= [-24,097+5,218.10-1T-2,982.10-4T2 +6,122.10-8 T3+1,257dT 433.15384.15dT Cp 433,15384.15 = dT 433,15384.15

=dT = 7030 J/mol ∆HVL = 33460,6 J/mol

Qtoluena = n. Cp.dT = n (Cpl dT+∆HVL+ Cpv dT)

= 206,112 . (14200+33460,6 +7030) = 11272388,950 kJ

Benzena (C6H6) Panas keluar

= 80298.15dT Cp 353.15298.15dT Cpl

= [ -31,662+ 1,30.T – 3,61.10-3.T2 +3,82.10-6.T3]dT 353.15298.15dT Cp 353.15298.15

(39)

= dT 353.15298.15dT Cp 353.15298.15 =dT

= 7840 J/mol

Benzena (C6H6)

= 353.15433.15dT Cp 353.15433.15dT Cpv

= [-31,368+4,746.10-1T-3,113.10-4T2 +8,523.10-8 T3-5dT 353.15433.15dT Cp 353.15433.15 = dT 353.15433.15dT Cp 353.15433.15

=dT = 8970 J/mol

∆HVL = 30763,4 J/mol (Reklaitis, 1983) Qbenzena = n. Cp.dT = n (Cpl dT+∆HVL+ Cpv dT)

= 1,557.(7840+30763,4+8970) = 74071,783 kJ Air (H2O)

Panas keluar =

= [83,703+5,1666.10-1T-1,4910.10-3T2 +1,9725dT

(40)

= dT =dT = 5640 J/mol

Air (H2O)

= 160100dT Cp 433.15373.15dT Cpv

= [33,933-8,418.10-3T+2,990.10-5T2 -1,78.10-8 T3+3,693dT 433,15373.15dT Cp 433,15373.15 = dT 433,15373.15dT Cp 433,15373.15

=dT = 295 J/mol

∆HVL = 40656,2 J/mol (Reklaitis, 1983) Qair = n. Cp.dT = n (Cpl dT+∆HVL+ Cpv dT)

= 0,624 . (5640+40656,2 +295) = 29072,908 kJ

Benzaldehida (C6H5CHO)

Panas keluar dT CplN433.15298.153senyawa outQ = 16025CpdT 433.15298.15dT Cpl

= [72,865+7,4.10-1T-1,71.10-3T2 +1,76.10-6 T3 dT 433.15298.15dT Cp 433.15298.15

(41)

= dT 433.15298.15dT Cp 433.15298.15 =dT

= 25500 kJ/mol

Qbenzaldehida = n. Cp.dT = 0,062. 25500 = 1581 kJ Tabel B.11 Panas keluar dari Heater (E-101)

Tabel B.12 Neraca panas total Heater (E-101)

LB.3 Kompresor (JC-101)

Fungsi : menekan udara dari 1 atm menjadi 10 atm sebelum masuk R-101 Tujuan : menentukan suhu keluar dari Kompresor (JC-101)

(ton/tahun)

(42)

JC-01T = 303,15 K, P = 1 atmT = ? K, P = 10 atm Gambar B.3 Kompresor (JC-101)

Kondisi :

Pin : 1 atm, Tin : 303,15 K (300C) Pout : 10 atm, Tout : ?

Untuk kompresor jenis sentrifugal Rasio Compression ( Rc ) < 4. Rc = = = 3.1623niPinPout/ 2/1110

Dengan n = 2 diperoleh Rc < 4, sehingga dipakai kompresor sentrifugal dengan 2 buah stage. (Coulson dkk., 2005)

Tabel B.13 Panas Masuk JC-101 T= 303,15 K (300C) ( masuk stage 1)

Stage 1

Pin : 1 atm

Tin : 303,15 K (30 0C) Maka,

Pout = Pin x Rc = 1 x 3,1623 = 3,1623 atm Sedangkan, Tout = , dimana : xTinPinPoutm m = dan γ = Cp/(Cp-R) Ep.1

Ep diperoleh dari Fig.3.6 JM.Coulson, ”Chemical Engineering”Vol.6. (grafik hub Volume (m3/s) dan Ep (%))

Perhitungan,

1. Mencari volume gas masuk Kompresor (JC-101)

(ton/tahun)

16.000 28.000 8.550 6.500

)

Arus

(43)

V = ZRT/P, dimana : Z = 1 + (BPc/RTc)Pr/Tr (Smith dkk., 1996) m = = 0,3932 74.03936.1)13936.1(x maka, suhu keluar stage 1 adalah

Qout-Qin = 2325725,789 - 1763785,643 = 561940,146 kJ/jam

(ton/tahun)

(44)

kg/jam 326,4483 125,340 561940,146Qm H

Stage 2

Pin = 3,1623 atm Pout = 10 atm Tin = 303,15 K m = 0.3932

maka, Tout stage 2 (Tout JC-101) = (10/3.1623)m x 303,15K = 475.96 K (202,960C)

LB.4 Cooler (E-102)

Fungsi : mendinginkan udara dari 475,96 K (202,96 0C) menjadi 433 K (1600C) sebelum masuk R-101

Tujuan : menentukan kebutuhan air pendingin

E-102T = (202,96 0C)T = (160 0C)Hair pendingin masukHair pendingin keluar55 Gambar B.4 Cooler (E-102)

Panas masuk CpvdTN475.96298.155senyawa inQ Tabel B.15 Panas Masuk Cooler (E-102)

(ton/tahun)

16.000 28.000 8.550 6.500

(45)

Panas keluar CpvdTN433,15298.155senyawa inQ

(ton/tahun)

(46)

Gambar B.5 Reaktor (R-101)

Reaksi dipertahankan pada T = 433,15 K (isothermal) dan P = 10 atm. Pada Reaktor (R-101) terjadi reaksi sebagai berikut:

1.Reaksi utama (Pembentukan asam benzoat) Tabel B.18 Panas Alur 3 Masuk Reaktor (R-101)

Alur 4 (T = 160oC = 433,15 K)

Panas masuk dT CpN433.15298.154senyawa inQ Tabel B.19 Panas Alur 4 Masuk Reaktor (R-101)

Tabel B.20 Panas Alur 5 Masuk Reaktor (R-101)

(ton/tahun)

(47)

Alur 6 (T = 160oC = 433,15 K)

Panas keluar dT CplN433.15298.156senyawa keluarQ Tabel B.21 Panas Alur 6 keluar Reaktor (R-101)

Tabel B.24 Jumlah Asam Benzoat dan Benzaldehida

1. Reaksi

Utama

(Pembentukan asam benzoat)

C6H5CH3(l) + 3/2 O2(g) C6H5COOH(l) + H2O(l)

Panas reaksi pada keadaan standard:

(ton/tahun)

(48)

ΔHreaksi = (ΔH0f produk- ΔH0f reaktan)

ΔHreaksi = ∑ n ΔH0f298,15 produk- ∑ n ΔH0f298,15 reaksi ΔHreaksi = 1. ΔH0f C6H5COOH(l) + 1. ΔH0f H2O(l) - 1. ΔH0f C6H5CH3(l)– 3/2. ΔH0f O2(g)

= 1(-290,200)+1(-285,830)-1(12,180)-3/2(0) kJ/mol = -588,210 kJ/mol

r1 = 55,650 kmol/jam

2.Reaksi Samping (Pembentukan benzaldehida)

C6H5CH3(l) + O2(g) C6H5CHO(l) + H2O(l) Panas reaksi pada keadaan standard:

ΔHreaksi = (ΔH0f produk- ΔH0f reaktan)

ΔHreaksi = ∑ n ΔH0f298,15 produk- ∑ n ΔH0f298,15 reaksi

ΔHreaksi = 1. ΔH0f C6H5CHO(l) + 1. ΔH0f H2O(l) - 1. ΔH0f = C6H5CH3(l)– ΔH0f O2(g)

= 1. (-36.800) + 1. (-285.83) – 1. 12.18 – 1. 0

= -334,81 kJ/mol Qout = 11,754 kJ/mol Qin = 10,042 kJ/mol

Qout - Qin = 11,754 kJ/mol – 10,042 kJ/mol = 1,712 kJ/mol

r2 = 6,245 kmol/jam

Q = ∑ r.ΔHreaksi + (Qout - Qin) = -31323715,500 kJ/mol + 1,712 kJ/mol = -31323713,790 kJ/jam

Reaksi adalah isothermal sehingga menggunakan pendingin. Media pendingin yang digunakan adalah air.

H (30oC) = 125,79 kJ/kg

H (78oC) = 325,79 kJ/kg (Geankoplis, 2003)

(49)

kg/jam 569,156618 200 9031323713,7Qm H Tabel B.25 Neraca Panas Total Reaktor (R-101)

LB.6 Filter (P-101)

Gambar B.6 Filter (P-101)

Fungsi : untuk memisahkan katalis cobalt dari campuran produk dan sebagian reaktan yang tidak bereaksi.

Tujuan : menentukan neraca panas arus masuk dan keluar filter (P-101) T masuk = T keluar = 160oC = 433,15 K

Panas masuk = 15,43315,2986ldTcNpsenyawa

Tabel B.26 Panas Alur 6

(ton/tahun)

16.000 28.000 8.550 6.500 7.000

662,057

(ton/tahun)

PT Indonesia Toray Tangerang, Banten 16.000

(50)

Panas keluar = 15,43315,2988dTcNpsenyawa

(ton/tahun)

(51)

Diketahui:

menentukan kebutuhan air pendingin

(ton/tahun)

(52)

E-103T = 159 0C T = 117 0C Hair pendingin masukHair pendingin keluar99

(ton/tahun)

(53)

Q = (panas keluar – panas masuk)

= (9925573,700 – 11634502) kJ/jam = -1708928,300 kJ/jam Media pendingin yang digunakan adalah air.

H (30oC) = 125,79 kJ/kg

H (60oC) = 251,13 kJ/kg (Geankoplis, 2003) kg/jam 340,13634 125,34 01708928,30Qm H

Tabel B.36 Neraca Panas Total Cooler (E-102)

LB.9 Destilasi (T-101)

Fungsi : memisahkan benzena dan air dari larutan campuran

Tujuan : menentukan kebutuhan air pendingin di kondensor (E-105) dan steam di reboiler (E-104)

T-101E-105E-104P = .T = P = 1atmT = P = 1atmT = 116 0C1250C91110QrQfQfQ3Q2Q1Q5Q41170C1 atm

Gambar B.9 Destilasi (T-101)

A.

Kondisi Umpan Masuk

(ton/tahun)

PT Filamendo Sakti

Tangerang, Banten Tangerang, Banten Purwakarta, Jabar

16.000 28.000 8.550

662,057

(54)

Kondisi umpan masuk T-101 berupa cairan dingin

keseimbangan pada tray puncak. Kondensor yang digunakan adalah kondensor total. V1, Y1D, XDL1 , X1V1 , Y1

Gambar B.9.1 Kondensor (E-105)

Pada kondensor total, berlaku Y1 = XD sehingga dengan menggunakan trial suhu dan tekanan dapat diperoleh kondisi puncak menara.

Trial T = 389,15 K

Trial P = 1 atm = 760 mmHg Ki = Pi/Po

Log P = A + B/T + C log T + DT + ET2, di mana P (mmHg) dan T (K) Xi = Yi/Ki

Jadi kondisi puncak menara adalah P=1 atm dan T= 389,15 K.

(ton/tahun)

(55)

C. Kondisi Dasar Menara

Ditentukan oleh pasangan suhu dan tekanan (Tn dan Pn) yang membentuk keseimbangan pada tray dasar. Reboiler yang digunakan adalah reboiler parsial.

W,XwLn, XnVn +1, Yn +1Ln, XnVn, Yn Gambar B.9.2 Reboiler (E-104)

Trial T = 398,15 K

Trial P = 1 atm = 760 mmHg Ki = Pi/Po

Log P = A + B/T + C log T + DT + ET2, di mana P (mmHg) dan T (K) Yn+1, = Xw.Ki

Jadi, kondisi reboiler adalah P = 1 atm dan T = 398,15 K

D. Menentukan Refluks

P = 1 atm = 760 mmHg T destilat = 389,15 K T bottom = 398,15 K

T feed average = (389,15 +398,15)/2 = 393,15 K

Persamaan 1-q = ∑[ (Geankoplis, 2003)

Feed masuk pada titik didihnya, sehingga harga q=1 (Geankoplis, 2003) Maka = = 0

(ton/tahun)

PT Susila Indah Synthetic

Cikupa, Banten

16.000 28.000 8.550 6.500 7.000 8.500

7

(56)

Ki = Pi/Po

Sebagai referensi adalah toluena (heavy key) Trial θ = 1,5 (komposisi pada toluena)

Menghitung dengan cara yang sama untuk komponen lain berdasarkan data di bawah ini ( Data Log P = A + B/T + C log T + DT + ET2 ).

(ton/tahun)

PT Indonesia Toray Tangerang, Banten 16.000

662,057

(57)

(ton/tahun)

(58)

F. Menghitung Jumlah Stage Minimum

Metode yang digunakan untuk menemtukan jumlah plate minimum adalah Metode Fenske. Di mana:

Xlk destilat = light key (H2O) = 0,955 Xhk destilat = heavy key (Toluena) =0,024 Xlk bottom = light key (H2O) = 0,032 Xhk bottom = heavy key (Toluena) = 0.698 αLd = αlight key pada destilat = 1,74 αLb = αlight key pada bottom = 1,72

αL, average = rata-rata light pada destilat dan bottom = = 1,729

Nm = log( Xlk destilat/ Xhk destilat).( Xhk bottom/ Xlk bottom) (Log 1,729)

= 4,5/0,238 = 19

Jumlah tray teoritis = (19-1) = 18 (Geankoplis, 2003)

G. Menghitung Jumlah Stage Teoritis (Metode Erbar-Maddox)

R/(R+1) = (10,728)/( 10,728+1) = 0,914

Rm/(Rm+1) = (8,940)/( 8,940+1) = 0,899

Dari figure11.7-3, diperoleh Nm/N = 0,778 N= 19/0,778 = 24

Dari Erbar-Maddox N= 24

R/(R+1) = (11,622)/( 11,622+1) = 0,920

Rm/(Rm+1) = (8,940)/( 8,940+1) = 0,899 Dari figure11.7-3, diperoleh Nm/N = 0,8 N= 19/0,8 = 23

R/(R+1) = (12,516)/( 12,516+1) = 0,940

(59)

Rm/(Rm+1) = (8,940)/( 8,940+1) = 0,890

Dari figure11.7-3, diperoleh Nm/N = 0,880 N= 19/0,880 = 22

R/(R+1) = (13,410)/( 13,410 +1) = 0,978

Rm/(Rm+1) = (8,940)/( 8,940+1) = 0,890

Dari figure11.7-3, diperoleh Nm/N = 0,895 (Geankoplis, 2003) N= 19/0,895 = 21

Dari perhitungan didapat bahwa jumlah plate yang dibutuhkan adalah N=22 (dengan R = 1,4 Rm)

H. Menentukan lokasi feed plate (Metode Kirkbride)

log=0,206log (Geankoplis, 2003) Dimana:

Xhf=fraksi kmol heavy key pada umpan = 0,535 Xlf=fraksi kmol light key pada umpan = 0,236 Xlb=fraksi kmol light key pada bottom = 0,005 Xhd=fraksi kmol heavy key pada destilat = 0,698 W = 18586,036 kg

D = 1231,400 kg log = -0,172 Ne/Ns = 0,676 Ne+Ns = N = 22 Ne/Ns = 22

0,675 Ns +Ns = 22 1,675 Ns = 22 Ns = 13,134 Ne = 8,865

Ns = jumlah stage dibawah feed plate = 13,134

(60)

Ne = jumlah stage diatas feed plate = 8,865

Menghitung Neraca Massa Kondensor

L/D = R

Menghitung Neraca Massa Reboiler

Nama Perusahaan Lokasi

(ton/tahun)

(61)

Trial L=95% V= 5% Zi=xi (L+V.Ki) L=1-V dan ∑zi = 1

Kmol yang digunakan adalah kmol toluena pada bottom produk. xi===0,697

Zi=xi (L+V.Ki) = 0,697(0,95+0,05.1,42) = 0,711 yi = ki. xi = 0,970

Menghitung cara yang sama untuk komponen lain berdasarkan data dibawah ini:

(ton/tahun)

(62)

Sehingga distribusi komposisi feed, destilat dan bottom adalah sebagai berikut:

Tabel B.41 Neraca Massa Total

(ton/tahun)

(63)

a. Neraca Panas Reboiler (E-104)

Panas masuk dT CpvH dT CplN15.390TdVL Td298.15Ln1senyawa

Tabel B.42 Panas Masuk Reboiler

Panas keluar dT CpvH dT CplN15,398TdVL Td298.151vnsenyawa

Tabel B.43 Panas Keluar Reboiler Alur 1

Panas keluar dT CpvH dT CplN45.396TdVL Td298.15wsenyawa Tabel B.44 Panas Keluar Reboiler Alur 2

Panas keluar Reboiler = 470496,913 +7641192 = 8111688,913 kJ

(ton/tahun)

(64)

Perhitungan Kebutuhan Steam

= Qout – Qin = (8111688,913 -7985283) kJ = 126405,913 kJ

maka, kebutuhan steam pemanas (saturated steam dengan T = 300oC) adalah:

Hsat.vap = 2749

Tabel B.45 Neraca Panas Total Reboiler

b. Neraca Panas Kondensor (E-105)

Panas masuk dT CpvH dT CplN15.390TdVL Td298.15visenyawa Tabel B.46 Panas Masuk Kondensor

Panas keluar dT CpvH dT CplN15,380TdVL Td298.15V1senyawa

Tabel B.47 Panas Keluar Kondensor Alur 1

Panas keluar dT CpvH dT CplN45.396TdVL Td298.15Dsenyawa Tabel B.48 Panas Keluar Kondensor Alur 2

Panas keluar Kondensor = 3760000 +363000 = 4123000 kJ

Perhitungan Kebutuhan Air Pendingin

= Qout – Qin

(ton/tahun)

(65)

= (4123000-31500000) kJ = -27377000 kJ

Media pendingin yang digunakan adalah air. H (30oC) = 125,79 kJ/kg

H (60oC) = 251,13 kJ/kg (Geankoplis, 2003) kg/jam 892,218421 125,34 27377000Qm H

Tabel B.49 Neraca Panas Total Kondensor

LB.10 Destilasi (T-102)

Fungsi : memisahkan toluena dari campuran untuk direcycle

(ton/tahun)

16.000 28.000 8.550 6.500 7.000

)

(66)

Tujuan : menentukan kebutuhan air pendingin di kondensor (E-107) dan steam di reboiler (E-106)

T-102E-107E-106P = T = P = T = P = 1atmT = 120 0C2280C10212QrQfQfQ3Q2Q1Q5Q41250C.1 atm1 atm Gambar B.10 Destilasi (T-102)

A. Kondisi Umpan Masuk

Kondisi umpan masuk T-102 berupa cairan jenuh T = 398,15 K

P = 1 atm

Dipilih light key = Toluena dan heavy key adalah Benzaldehida

B. Kondisi Puncak Menara

Ditentukan oleh pasangan suhu dan tekanan (T1 dan P1) yang membentuk keseimbangan pada tray puncak. Kondensor yang digunakan adalah kondensor total.

(ton/tahun)

PT Susila Indah Synthetic

Cikupa, Banten

16.000 28.000 8.550 6.500 7.000 8.500

)

(67)

Gambar B.10.1 Kondensor (E-107)

Pada kondensor total, berlaku Y1 = XD sehingga dengan menggunakan trial suhu dan tekanan dapat diperoleh kondisi puncak menara. Pada kondensor total, berlaku Y1= XD sehingga dengan menggunakan trial suhu dan tekanan dapat diperoleh kondisi puncak menara.

Trial T = 393,15 K

Trial P = 1atm = 760 mmHg Ki = Pi/PO

Log P = A + B/T + C log T + DT + ET2, di mana P (mmHg) dan T (K) Xi = Yi/Ki

Jadi kondisi puncak menara adalah P=1 atm dan T= 393,15 K

C. Kondisi Dasar Menara

Ditentukan oleh pasangan suhu dan tekanan (Tn dan Pn) yang membentuk keseimbangan pada tray dasar. Reboiler yang digunakan adalah reboiler parsial.

(ton/tahun)

16.000 28.000 8.550 6.500 7.000

(68)

Gambar B.10.2 Reboiler (E-108)

Trial T = 501,15 K

Trial P = 1 atm = 760 mmHg Ki = Pi/PO

Log P = A + B/T + C log T + DT + ET2, di mana P (mmHg) dan T (K) Yn+1, = Xw.Ki

Jadi, kondisi reboiler adalah P = 1 atm dan T = 501,15 K

D. Menentukan Refluks

P = 1 atm = 760 mmHg T destilat = 393,15 K T bottom = 501,15 K

T feed average = (393,15 K + 501,15 K)/2 = 447,15 K Persamaan 1-q = ∑[ (Geankoplis, 2003)

Feed masuk pada titik didihnya, sehingga harga q=1 (Geankoplis, 2003) Maka = = 0

Ki = Pi/Po

Harga α =

Ki/Kc

(Geankoplis, 2003)

Di mana: Ki = konstanta kesetimbangan uap

KC = komponen yang paling berat (Heavy Key) = Benzaldehida yi = komposisi uap

(ton/tahun)

16.000 28.000 8.550 6.500 7.000

7

(69)

αi = volatilitas relatif

Menghitung dengan cara yang sama untuk komponen lain berdasarkan data dibawah ini ( Data Log P = A + B/T + C log T + DT + ET2 ).

(70)

(71)

Di mana:

Xlk destilat = light key (Toluena) = 0,998 Xhk destilat = heavy key (Benzaldehida) = 3,5. Xlk bottom = light key (Toluena) = 0,024 Xhk bottom = heavy key (Benzaldehida) = 0,098 αLd = αlight key pada destilat = 5,487

αLb = αlight key pada bottom = 5,482

αL, average = rata-rata light pada destilat dan bottom = αL, average = 5,484

Nm = log( Xlk destilat/ Xhk destilat).( Xhk bottom/ Xlk bottom) (Log5,484)

= 1,891/0,739 = 2,558

Jumlah tray teoritis = (2,558-1) = 1,558 (Geankoplis, 2003)

G. Menghitung Jumlah Stage Teoritis (Metode Erbar-Maddox)

R/(R+1) = (0,784)/(0,784+1) = 0,439

Rm/(Rm+1) = (0,654)/( 0,654+1) = 0,395

Dari figure11.7-3, diperoleh Nm/N = 0,562 N= 2,558/0,562 = 4,551

Dari Erbar-Maddox N= 4,551

R/(R+1) = (0,850)/( 0,850+1) = 0,459

Rm/(Rm+1) = (0,654)/( 0,654+1) = 0,395

Dari figure11.7-3, diperoleh Nm/N = 0,545 N= 2,558/0,545 = 4,693

R/(R+1) = (0,915)/(0,915+1) = 0,477

Rm/(Rm+1) = (0,654)/( 0,654+1) = 0,395

Dari figure11.7-3, diperoleh Nm/N = 0,586

(72)

N= 2,558/0,586 = 4,365 Dari Erbar-Maddox N= 4,365

R/(R+1) = (0,981)/(0,981+1) = 0,495

Rm/(Rm+1) = (0,654)/( 0,654+1) = 0,395

Dari figure11.7-3, diperoleh Nm/N = 0,662 (Geankoplis, 2003) N= 2,558/0,662 = 3,864

Dari perhitungan didapat bahwa jumlah plate yang dibutuhkan adalah N= 4,365 (dengan R = 1,4 Rm)

H. Menentukan lokasi feed plate (Metode Kirkbride)

log=0,206log (Geankoplis, 2003) Dimana:

Xhf=fraksi kmol heavy key pada umpan = 0,031 Xlf=fraksi kmol light key pada umpan = 0,697 Xlb=fraksi kmol light key pada bottom = 0,023 Xhd=fraksi kmol heavy key pada destilat = 0,995 W = 2874,418 kg

D = 1345,317 kg log = -0,7

Ne/Ns = 0,154 Ne+Ns = N = 4,365 Ne/Ns = 0,154

0,154 Ns +Ns = 4,365 1,154 Ns = 4,365 Ns = 3,782 Ne = 0,582

Ns = jumlah stage dibawah feed plate = 3,782 Ne = jumlah stage diatas feed plate = 0,582

Menghitung Neraca Massa Kondensor