Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Dimetil Eter Dari Metanol Dengan Kapasitas 250.000 Ton/Tahun

(1)

kg/jam)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Kapasitas Produk : 250.000 ton/tahun Satuan Operasi : kg/jam

Waktu kerja pertahun : 330 hari Kapasitas produksi perjam :

= 31.565,6566 kg/jam

Kemurnian bahan baku : 99,85 % ( PT. Kaltim Methanol Industri ) Kemurnian produk : 99,85 %

Tabel LA.1. Komposisi Metanol

No Nama Dagang Rumus Kimia Kadar

1 Metanol CH3OH 99,85 %

2 Air H2O 0,15%

Total 100 %

Perhitungan neraca massa dilakukan dengan alur maju dimana perhitungan dimulai dari alur bahan baku sampai ke alur produk. Untuk mendapatkan jumlah bahan baku yang masuk pada kapasitas produksi sebanyak 31.565,6566 kg/jam, maka terlebih dahulu digunakan basis bahan baku yang masuk sebanyak 1000 kg/jam. Untuk basis bahan baku 1000 kg/jam dihasilkan dimetil eter sebanyak 580,4420 kg/jam, maka untuk kapasitas produksi 250.000 ton/tahun diperoleh kapasitas bahan baku sebanyak 54.382,1029 kg/jam. Dengan rumus perbandingan:

Bahan baku :

(2)

FH-01

1

2 LA.1. Fired Heater (FH-01)

Fungsi : Untuk merubah fasa metanol dari fasa cair menjadi fasa gas serta meningkatkan temperatur sampai 250 oC

Gambar LA.1. Diagram alir fired heater (FH-01)

Neraca massa total : F1 = F2 Neraca massa komponen :

a. F1 Metanol = 0,9985 × 54.382,1029 kg/jam = 54.300,5297 kg/jam

N1 Metanol = 1696,8916 kmol/jam F2 Metanol = 54.300,5297 kg/jam

b. F2 Air = 0,0015 × 54.382,1029 kg/jam = 81,5732 kg/jam

N2 Air = 4,5319 kmol/jam F2 Air = 81,5732 kg/jam

Tabel LA.2. Neraca Massa pada Fired Heater (FH - 01) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 1 Alur 2

CH3OH 54.300,5297 54.300,5297

H2O 81,5732 81,5732

Total 54.382,1029 54.382,1029

LA.2. Reaktor (R-01) F1

CH3OH (l)

99,85%

F2

CH3OH (g)

(3)

F2

CH3OH

99,85% T = 250oC P = 12 atm

F3 CH3OCH3

H2O

CH3OH

3

R-01

Fungsi : Sebagai tempat terjadinya reaksi dehidrasi metanol sehingga menghasilkan dimetil eter yang akan dimurnikan pada proses berikutnya.

Gambar LA.2. Diagram alir reaktor (R-01)

Reaksi : 2CH3OH(l) CH3OCH3(g) + H2O(g)

Konversi : 90% terhadap Metanol Neraca massa total : F2 = F3

Nearca massa komponen : a. Metanol

BM Metanol = 32 kg/kmol F2 Metanol = 0,9985 × F1

= 0,9985 × 54.382,1029 kg/jam = 54.300,5297 kg/jam

N2 Metanol =

Metanol BM

Metanol F2

=

kg/kmol 32

kg/jam 7 54.300,529

= 1696,8916 kmol/jam

Metanol bereaksi = 90 % × 1696,8916 kmol/jam = 1527,2024 kmol/jam

N3 Metanol = 1696,8916 kmol/jam - 1527,2024 kmol/jam = 169,6892 kmol/jam

(4)

F3 Metanol = 5430,0530 kg/jam b. Dimetil Eter

BM Dimetil eter = 46 kg/mol

r = -X.N Metanol

2  

=

2

-kmol/jam 1696,8916

0,9

- 

= 763,6012 kmol/jam N3 Dimetil Eter = 0 + r

= 763,6012 kmol/jam

F3 Dimetil Eter = 35.125,6552 kg/jam

c. Air

F2 Air = 81,5732 kg/jam N2 Air = 4,5318 kmol/jam Air terbentuk = 0 + r

= 763,6012 kmol/jam = 13.744,8216 kg/jam

N3 Air = Air masuk + Air yang terbentuk = 4,5318 kmol/jam + 763,6012 kmol/jam = 768,1330 kmol/jam

F3 Air = 13.826,3947 kg/jam

Tabel LA.3. Neraca Massa pada Reaktor (R-01)

Komponen Masuk Keluar

Alur 2 (kg/jam) Alur 3 (kg/jam)

CH3OH 54.300,5297 5430,0530

H2O 81,5732 13.826,3947

CH3OCH3 - 35.125,6552

Total 54.382,1029 54.382,1029

(5)

CD-01

Fungsi : Untuk merubah fasa produk reaktor (R – 01) menjadi fasa cairan jenuh pada suhu bubble pointnya.

Gambar LA.3. Diagram alir condensor (CD-01)

Neraca Massa Total untuk Condensor – 01 F3 = F4

Neraca massa komponen : a. Dimetil eter :

N3 Dimetil eter = 763,6012 kmol/jam F3 Dimetil eter = 35.125,6552 kg/jam N4 Dimetil eter = 763,6012 kmol/jam F4 Dimetil eter = 35.125,6552 kg/jam

b. Metanol :

N3 Metanol = 169,6892 kmol/jam F3 Metanol = 5430,0530 kg/jam N4 Metanol = 169,6892 kmol/jam F4 Metanol = 5430,0530 kg/jam

c. Air :

N3 Air = 768,1330 kmol/jam F3 Air = 13.826,3947 kg/jam N4 Air = 768,1330 kmol/jam F4 Air = 13.826,3947 kg/jam

Tabel LA.4. Neraca Massa Condensor (CD – 01) F3

CH3OCH3

H2O

CH3OH

F4 CH3OCH3

H2O

CH3OH

(6)

F5 CH3OCH3

H2O

CH3OH

F4 CH3OCH3

H2O

CH3OH

F10

- H2O

- CH3OH

- CH3OCH3 KD-01

CH3OH 5430,0530 5430,0530

H2O 13.826,3947 13.826,3947

CH3OCH3 35.125,6552 35.125,6552

Total 54.382,1029 54.382,1029

LA.4. Kolom Destilasi (KD – 01)

Fungsi : Untuk memisahkan campuran metanol dan air pada produk bawah dengan dimetil eter sebagai produk atas.

Gambar LA.4. Diagram alir kolom destilasi (KD – 01) Neraca Massa Total untuk KD – 01

F4 = F5 + F10

Tabel LA.5. Komposisi Bahan Masuk Kolom Destilasi (KD – 01) Komponen F (kg/jam) N (kmol/jam) Fraksi mol (xi)

CH3OH 5430,0530 169,6892 0,0997

H2O 13.826,3947 768,1330 0,4515

CH3OCH3 35.125,6552 763,6012 0,4488

Total 54.382,1029 1701,4234 1.0000

Yang diinginkan adalah 99,85% Dimetil Eter keluar dari atas kolom destilasi. 5

10 4

enriching section

(7)

Metode Hengtebeck’s (R.K.Sinnott)

Light key (LK) : Dimetil Eter

Heavy key (HK) : Metanol

Distribusi LK dan HK adalah 99,85% = 0,9985

Diinginkan 99,85 % Dimetil Eter keluar dari atas KD – 01

LK = [x.Dimetil Eter]d

N5 Dimetil Eter = 763,6012 kmol/jam × 99,85 % = 762,4558 kmol/jam

F5 Dimetil Eter = 35.072,9667 kg/jam [x.Dimetil Eter]b

N10 Dimetil Eter = 763,6012 kmol/jam × 0,15 % = 1,1454 kmol/jam

F10 Dimetil Eter = 52,6885 kg/jam

Log (Xd/Xb) = log 

  

 

jam kmol

/ 1,1454

/ 762,4558

= 2,8233

Diinginkan 99,5 % Metanol keluar dari bottom KD – 01 LK = [x.Metanol]d

N5 Metanol = 169,6892 kmol/jam × 0,15 % = 0,2545 kmol/jam

F5 Metanol = 8,1451 kg/jam HK = [x.Metanol]b

N10 Metanol = 169,6892 kmol/jam × 99,85 %

= 169,4346 kmol/jam

F10 Metanol = 5.421,9079 kg/jam

  

 

jam kmol

/ 169,4346

/ 0,2545

= -2,8233

(8)

CD-02

N5 Air = 768,1330 kmol/jam × 0,15 % = 1,1522 kmol/jam

F5 Air = 20,7396 kg/jam

HK = [x.Air]b

N10 Air = 768,1330 kmol/jam × 99,85 %

= 766,9808 kmol/jam

F10 Air = 13805,6552 kg/jam

Tabel LA. 6. Neraca Massa Kolom Destilasi (KD – 01)

Komponen Input (kg/jam)

Output (kg/jam)

Top Bottom

Alur 4 Alur 5 Alur 10

CH3OCH3 5430,0530 35.072,9667 52,6885

CH3OH 13.826,3947 8,1451 5421,9079

H2O 35.125,6552 20,7396 13.805,6552

Total 54.382,1029 35.101,8514 19.280,2515 54.382,1029

LA.5. Condensor (CD-02)

Fungsi : Untuk merubah fasa produk atas destilasi KD - 01 menjadi fasa cair

Gambar LA.5. Diagram alir condenser (CD-02)

Neraca Massa Total untuk CD – 01 F5 = F6

N5 Dimetil eter = 762,4558 kmol/jam F5

CH3OCH3 (g)

H2O(g)

CH3OH (g)

F6 CH3OCH3 (l)

H2O(l)

CH3OH (l)

(9)

F5 Dimetil eter = 35.072,9667 kg/jam N6 Dimetil eter = 762,4558 kmol/jam F6 Dimetil eter = 35.072,9667 kg/jam

b. Metanol :

c. Air :

N5 Air = 1,1522 kmol/jam F5 Air = 20,7396 kg/jam N6 Air = 1,1522 kmol/jam F6 Air = 20,7396 kg/jam

Tabel LA. 6. Neraca Massa Condenser (CD – 02)

CH3OH 8,1451 8,1451

H2O 20,7396 20,7396

CH3OCH3 35.072,9667 35.072,9667

(10)

SP-01

LA.6. Splitter (SP-01)

Fungsi : Untuk membagi aliran destilat yang berasal dari CD - 02 menjadi aliran refluks dan aliran destilat produk

Gambar LA.6. Diagram alir splitter (SP-01)

Refluks Rasio = 0,1008 (Dimian dan Bildea, 2008): Neraca massa total : F7 = F8 + F9

N7 Dimetil eter = 762,4558 kmol/jam F7 Dimetil eter = 35.072,9667 kg/jam

N9 Dimetil eter = 0,1008 × 762,4558 kmol/jam = 76,8174 kmol/jam

F9 Dimetil eter = 3.533,6014 kg/jam

N8 Dimetil eter = 762,4558 kmol/jam - 76,8174 kmol/jam = 685,6384 kmol/jam

F8 Dimetil eter = 31.539,3653 kg/jam

b. Metanol :

N7 Metanol = 0,2545 kmol/jam F7 Metanol = 8,1451 kg/jam

N9 Metanol = 0,1008 × 0,2545 kmol/jam = 0,0256 kmol/jam

F9 Metanol = 0,8206 kg/jam

N8 Metanol = 0,2545 kmol/jam - 0,0256 kmol/jam F7

CH3OCH3

H2O

CH3OH

F8 CH3OCH3

H2O

CH3OH

7

9 8

F9 CH3OCH3

H2O

(11)

= 0,2289 kmol/jam F8 Metanol = 7,3245 kg/jam

c. Air :

N9 Air = 0,1008 × 1,1522 kmol/jam = 0,1161 kmol/jam

F9 Air = 2,0895 kg/jam

N8 Air = 1,1522 kmol/jam - 0,1161 kmol/jam = 1,0361 kmol/jam

F8 Air = 18,6501 kg/jam

Tabel LA.8. Neraca Massa Total Splitter (SP – 01)

Output (kg/jam)

Refluks Destilat

CH3OCH3 35.072,9667 3.533,6014 31.539,3653

CH3OH 8,1451 0,8206 7,3245

H2O 20,7396 2,0895 18,6501

Total 35.101,8514 3.536,5115 31.565,3398 35.101,8514

(12)

RB-101

Fungsi : Untuk menguapkan sebagian campuran produk bottom KD-01

Gambar LA.7. Diagram alir reboiler (RB-01) Keterangan :

V* : Aliran Vapor (Refluks) RB-01 L* : Aliran Feed RB-01

B* : Aliran Bottom Produk RB-01 Kondisi Uap kondenser :

P = 8,0 atm = 810,6 kPa T = 159 oC = 432 oK q =



jumlah mol total cair mol jumlah

=

4234 , 1701

1330 , 768 6892 ,

169 

= 0,5512 Sehingga :

B* = 1109,5345 kmol/jam

V* = V - ( 1- q ) x F (Geankoplis, 1997) = 763,8625 + ( 1 – 0,5512 ) × 1701,4234 kmol/jam

= 0,2613 kmol/jam Neraca Total :

L* = B* + V*

= 1109,5345 kmol/jam - 0,2613 kmol/jam = 1109,7958 kmol/jam

Perhitungan : a. Dimetil eter

N10 Dimetil eter = 0,0012 × 1109,7958 kmol/jam

= 1,3558 kmol/jam

F10 Dimetil eter = 62,3676 kg/jam F11 (V*)

CH3OCH3

H2O

CH3OH

F10 (L*) CH3OCH3

H2O

CH3OH

F12 (B*) H2O

CH3OH

CH3OCH3

11

10

(13)

= 0,2613 kmol/jam

F11 Dimetil eter = 0,0147 kg/jam

= 1,3555 kmol/jam

b. Metanol

N12 Metanol = 0,1807 × 1109,5345 kmol/jam

= 200,5134 kmol/jam

c. Air

N10 Air = 0,8181 × 1109,7958 kmol/jam

= 907,8793 kmol/jam

F10 Air = 16.341,8281 kg/jam

F11 Air = 3,8481 kg/jam

N12 Air = 0,8181 × 937,2995 kmol/jam

= 907,6656 kmol/jam

F12 Air = 16337,9800 kg/jam

(14)

H-01

Komponen Input (kg/jam)

Output (kg/jam)

Refluks Bottom

CH3OCH3 62,3676 0,0147 62,3530

CH3OH 6.417,9415 1,5113 6.416,4302

H2O 16.341,8281 3,8481 16.337,9800

Total 22.822,1373 5,3741 22.816,7632

22.822,1373

LA.8. Heater (H-01)

Fungsi : Untuk meningkatkan temperatur dari produk reboiler (RB-01) pada suhu bubble pointnya.

Gambar LA.8. Diagram alir heater (H-01)

Neraca Massa Total untuk H – 01 F12 = F13

Neraca massa komponen :

a. Dimetil eter :

N12 Dimetil eter = 1,3555 kmol/jam F12 Dimetil eter = 62,3530 kg/jam N13 Dimetil eter = 1,3555 kmol/jam F13 Dimetil eter = 62,3530 kg/jam

b. Metanol :

N12 Metanol = 200,5134 kmol/jam F12 Metanol = 6.416,4302 kg/jam

F12 CH3OCH3

H2O

CH3OH

F13 CH3OCH3

H2O

CH3OH

(15)

KD-01

N13 Metanol = 200,5134 kmol/jam F13Metanol = 6.416,4302 kg/jam

c. Air :

N12 Air = 907,6656 kmol/jam F12 Air = 16.337,9800 kg/jam N13 Air = 907,6656 kmol/jam F13 Air = 16.337,9800 kg/jam

Tabel LA.10. Neraca Massa Heater (H – 01)

CH3OH 6.416,4302 6.416,4302

H2O 16.337,9800 16.337,9800

CH3OCH3 62,3530 62,3530

Total 22.816,7632 22.816,7632

LA.9. Kolom Destilasi (KD – 02)

Fungsi : untuk memisahkan campuran metanol dengan air.

Gambar LA.9. Diagram alir kolom destilasi (KD – 02)

Neraca Massa Total untuk KD – 02

14

F13 H2O

CH3OH

CH3OCH3

19 13

F14 H2O

CH3OH

CH3OCH3

F19 H2O

CH3OH

CH3OCH3

enriching section

(16)

F13 = Umpan (F14 + F19)

Tabel LA.11. Komposisi Umpan Masuk Kolom Destilasi (KD – 02)

Komponen xi N (kmol/jam) F (kg/jam)

CH3OCH3 0.0012 1,3555 62,3530

CH3OH 0.1807 200,5134 6.416,4302

H2O 0.8181 907,6656 16.337,9800

Total 1.0000 1.109,5345 22.816,7632

Yang diinginkan adalah 99,85% Dimetil Eter keluar dari atas kolom destilasi.

Metode Hengstebeck’s (R.K.Sinnott)

Light key (LK) : Metanol

Heavy key (HK) : Air

Distribusi LK dan HK adalah 99,85% = 0,9985 Diinginkan 99,85 % Metanol keluar dari atas KD - 02 LK = [x.Metanol]d

F14 Metanol = 6.406,8056 kg/jam [x.Metanol]b

N19 Metanol = 200,5134 kmol/jam × 0,15 %

= 0,3008 kmol/jam

  

 

jam kmol

/ 0,3008

/ 200,2127

= 2,8233

Diinginkan 99,85 % Air keluar dari bawah KD - 02 HK = [x.Air]b

N14 Air = 907,6656 kmol/jam × 99,85 % = 906,3041 kmol/jam

(17)

LK = [x.Air]d

N19 Air = 907,6656 kmol/jam × 0,15 %

= 1,3615 kmol/jam

F19 = 24,5070 kg/jam

Diinginkan 99,85 % Dimetil eter keluar dari atas KD - 02 LK = [x. Dimetil eter]d

F14 Dimetil eter = 62,2594 kg/jam [x. Dimetil eter]b

N19 Dimetil eter = 1,3555 kmol/jam × 0,15 %

= 0,3008 kmol/jam

Tabel LA. 12. Data Neraca Massa Total Kolom Destilasi (KD – 02)

Output (kg/jam)

Top Bottom

CH3OCH3 62,3530 62,2594 0,0935

CH3OH 6.416,4302 6.406,8056 9,6246

H2O 16.337,9800 24,5070 1.6313,4731

Total 22.816,7632 6.493,5720 1.6323,1912 22.816,7632

(18)

CD-03

Fungsi : Untuk merubah fasa produk atas destilasi KD - 02 menjadi fasa cair

Gambar LA.10. Diagram alir condensor (CD-03)

Neraca Massa Total untuk CD – 03 F14 = F15

b. Metanol :

c. Air :

Tabel LA. 13. Neraca Massa Condensor (CD – 03) F14

CH3OCH3

H2O

CH3OH

F15 CH3OCH3

H2O

CH3OH

(19)

SP-01

CH3OH 6.406,8056 6.406,8056

H2O 24,5070 24,5070

CH3OCH3 62,2594 62,2594

Total 6.493,5720 6.493,5720

LA.11. Splitter (SP-02)

Fungsi : Untuk membagi aliran destilat yang berasal dari CD - 03 menjadi aliran refluks dan aliran destilat

Gambar LA.11. Diagram alir splitter (SP-02)

Refluks Rasio = 0,01

Neraca massa total : F16 = F17 + F18 Neraca massa komponen :

a. Dimetil eter :

N16 Dimetil eter = 1,3535 kmol/jam F16 Dimetil eter = 62,2594 kg/jam

N18 Dimetil eter = 0,01 × 1,3535 kmol/jam = 0,0135 kmol/jam

N17 Dimetil eter = 1,3535 kmol/jam - 0,0135 kmol/jam = 1,3399 kmol/jam

F17 Dimetil eter = 61,6368 kg/jam F16 CH3OCH3

H2O

CH3OH

F18 CH3OCH3

H2O

CH3OH

16

17 18

F17 CH3OCH3

H2O

(20)

b. Metanol :

N16 Metanol = 200,2127 kmol/jam F16 Metanol = 6406,8056 kg/jam

N17 Metanol = 200,2127 kmol/jam - 2,0021 kmol/jam = 198,2105 kmol/jam

c. Air :

F18 Air = 0,2451 kg/jam

N17 Air = 1,3615 kmol/jam - 0,0136 kmol/jam = 1,3479 kmol/jam

F17 Air = 24,2619 kg/jam

Tabel LA.14. Neraca Massa Total Splitter (SP – 02)

Output (kg/jam)

Refluks Destilat

CH3OCH3 62,2594 0,6226 61,6368

CH3OH 6406,8056 64,0681 6342,7375

H2O 24,5070 0,2451 24,2619

Total 6493,5720 64,9357 6428,6362

6493,5720

(21)

RB-102

Fungsi : Untuk menguapkan sebagian campuran produk bottom KD - 02

Gambar LA.12. Diagram alir reboiler (RB-02) Keterangan :

L* [F19] : Aliran vapor RB-102 V* [F20] : Aliran Refluks RB-102

B* [F21] : Aliran Bottom Produk RB-102 Kondisi Uap kondenser :

P = 8,0 atm = 8,1062 kPa T = 177 oC = 432 oK q =



jumlah mol total cair mol jumlah

=

5345 , 1109

6656 , 907

= 0,8181 Sehingga :

B* = 911,2722 kmol/jam

V* = V - ( 1- q ) x F (Geankoplis, 1997) = 202,9276 + ( 1 – 0,8181 ) × 1109,5345 kmol/jam

= 1,0587 kmol/jam Neraca Total :

L* = V* + B*

= 1,0587 kmol/jam + 911,2722 kmol/jam = 910,2135 kmol/jam

Perhitungan : a. Dimetil eter

F20 (V*) CH3OCH3

H2O

CH3OH

F19 (L*) CH3OCH3

H2O

CH3OH

F21 (B*) CH3OCH3

H2O

CH3OH

20

19

(22)

N19 Dimetil eter = (2,2060×10-6) × 910,2135 kmol/jam

= 0,0020 kmol/jam

N20 Dimetil eter = (2,22×10-6)× 1,0587 kmol/jam = 2,3504 × 10-6 kmol/jam

N21 Dimetil eter = (2,2060×10-6) × 911,2722 kmol/jam

= 0,0020 kmol/jam

b. Metanol

= 0,3023 kmol/jam

N20 Metanol = 0.0003 × 1,0587 kmol/jam

= 0,0004 kmol/jam

= 0,3020 kmol/jam

c. Air

N19 Air = 0,9997 × 910,2135 kmol/jam

= 910,9678 kmol/jam

F19 Air = 16,397,4202 kg/jam

N20 Air = 0,9997 × 1,0587 kmol/jam

= 1,0583 kmol/jam

F20 Air = 19,0501 kg/jam

(23)

C-01

Tabel LA. 15. Neraca Massa Total Reboiler (RB - 02)

Komponen Input (kg/jam)

Output (kg/jam)

Refluks Bottom

CH3OCH3 0,0940 0,0001 0,0939

CH3OH 9,6742 0,0112 9,6629

H2O 16.397,4202 19,0501 16378,3701

Total 16.407,1884 19,0615 16.388,1269 16.407,1884

LA.13. Cooler (C-01)

Fungsi : Untuk mendinginkan produk bawah reboiler (RB-02)

Gambar LA.13. Diagram alir cooler (C-01) Neraca Massa Total untuk C – 01

F21 = F22

Neraca massa komponen :

a. Dimetil eter :

b. Metanol :

N21 Metanol = 0,3020 kmol/jam F21 Metanol = 9,6629 kg/jam N22 Metanol = 0,3020 kmol/jam

F21 CH3OCH3

H2O

CH3OH

F22 CH3OCH3

H2O

CH3OH

(24)

c. Air :

Tabel LA. 16. Neraca Massa Cooler (C – 01)

CH3OH 9,6629 9,6629

H2O 16.378,3701 16.378,3701

CH3OCH3 0,0939 0,0939

(25)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Kapasitas : 250.000 ton/tahun Operasi Pabrik : 330 hari/tahun Basis Perhitungan : 1 Jam operasi Temperatur Referensi : 25oC = 298o K Satuan Panas : kilo Joule (kJ)

Panas yang dihitung pada neraca panas ini. meliputi :

- Panas yang dihitung apabila terjadi perubahan temperatur. Q = n.Cp .ΔT

dengan :

ΔT = T - To

Q : Panas yang dihasilkan/dikeluarkan. kJ. Cp : Kapasitas panas. kJ/kmol.K.

N : Mol senyawa. kmol.

To : Temperatur referensi. 25oC

T : Temperatur senyawa. oC Keterangan :



Kapasitas panas cairan







 

4 4



Kapasitas panas gas

(26)

Tabel LB.1. Kapasitas panas gas Cp(g) = a + bT + cT2 + dT3+eT4 (J/mol.K)

Komponen a b c d e

CH3OH 34,4925 -0,0291887 2,86844E-04 -3,12501E-07 1,09833E-10

CH3OCH3 48,903 -0,00881692 4,24399E-04 -5,12852E-07 1,93182E-10

H2O 34,0471 -0,00965064 3,29983E-05 -2,04467E-08 4,30228E-12

Tabel LB.2. Kapasitas panas cair Cp(l) = a + bT + cT2 + dT3 (J/mol.K)

Komponen a b c d

CH3OH -258,25 3,3582 -0,0116388 1,40516E-05

CH3OCH3 39,0853 0,807754 -0,0037009 6,32701E-06

H2O 18,2964 0,472118 -0,00133878 1,31424E-06

Tabel LB.3. Sifat Fisik Komponen Komponen Berat Molekul Titik didih (K) ∆Hf

(kcal/gmol) Hvl (J/mol)

CH3OH 32,042 337,671 -48,08 35.270,4

CH3OCH3 46,068 248,321 -43,99 21.510,1

H2O 18,016 373,161 -57,80 40.656,2

NH3 17,032 239,731 -10,92 23.351,0

- Panas reaksi. untuk menghitung panas yang dihasilkan dari reaksi kimia di reaktor.

ΔHR(298 oK) = ΔHf produk –ΔHf reaktan

dengan : ΔHf = Panas pembentukan suatu senyawa pada 25oC. kJ/kmol.

Untuk kondisi temperatur reaksi bukan pada 25oC. panas reaksi dihitung dengan menggunakan rumus :

ΔHR(oK)= ΔHR (298 oK) +

 



 

produk reak

CpdT n

tan

dT dQ

= r . ΔHR ( ToK) +

 



 

produk reak

CpdT n

(27)

FH-01

Gambar LB.1. Diagram alir fired heater (FH-01) Panas Masuk



Tabel LB.4. Perhitungan Panas Masuk pada Fired Heater (FH-01) Alur Komponen N (kmol/jam)





Total 690.619,2218

Panas Keluar



Tabel LB.5. Perhitungan Panas Keluar pada Fired Heater (FH-01) Alur Komponen N (kmol/jam)





Total 20.044.206,68

(28)



= 20.044.206,68 kJ/jam – 690.619,2218 kJ/jam = 19.353.587,46 kJ/jam

Panas yang diperlukan = 19.353.587,46 kJ/jam

Fuel Mass Flow = 904,8120 kg/jam (Hysis)

Tabel LB.6. Neraca Panas pada Fired Heater (FH-01) Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)

Umpan 690.619,2218 -

Produk - 20.044.206,68

(29)

R-01

LB.2. Reaktor (R-01)

Fungsi : Sebagai tempat terjadinya reaksi dehidrasi metanol sehingga menghasilkan dimetil eter yang akan dimurnikan pada proses berikutnya.

Reaksi : 2 CH3OH CH3OCH3 + H2O

Gambar LB.2. Diagram alir reaktor (R-01)

Panas Masuk

    

    



_

K

K out

o

dT Cp Ni

Q

523

298 .

Tabel LB.7. Perhitungan panas masuk pada reaktor (R-01) Alur Komponen N (kmol/jam)





K

o

o T Cp 523

298

. (kJ/kmol.K) Q (kJ/jam)

2 CH3OH 1.696,8916 11.791,6344 20.009.124,79

H2O 4,5318 7.741,1999 35.081,8945

Total 20.044.206,68

Panas Keluar

T = 250oC

P = 12 atm

Q2

CH3OH (g) 99,5%

T = 250 oC

Q3

CH3OCH3 (g)

H2O (g)

CH3OH (g)

T = ? 3

2

Air pendingin

(30)

Perhitungan suhu keluar reaktor

= 763,6012 kmol = 763.601,2 mol/jam

Panas standard reaksi )

Panas reaksi 250oC dapat dihitung dengan persamaan ) 11.791,6344)] cal/gmol

= - 49,3099 kcal/gmol (∆HR < 0, reaksi eksoterm)

diasumsikan kapasitas panas konstan, maka

0 = 763.601,1994 × (- 49,3099) + [768,1330 × 7741,1999 + 763,6012 × 19.522,1668 + (2 × 11.791,6344) × 2.000.912,479] × ( T2– 250 )

Tabel LB.8. Perhitungan Panas Keluar Pada Reaktor (R-01) Alur Komponen N (kmol/jam)





CH3OH 169,6892 11.892,5668 2.018.039,619

H2O 768,1330 7.799,5740 5.991.110,555

CH3OCH3 763,6012 19.689,5012 15.034.926,72

(31)

Panas reaksi = r × H_R(250oC)

= 763,6011994 kmol/jam × ( - 0,0493099) kcal/kmol

= -37,6531 kcal/jam = -157,5406 kJ/jam

Q = r × out in

o

R C Q Q

H  

 (250 ) = 2.999.712,668 kJ/jam

Air pendingin untuk mengkontrol suhu agar tetap pada 250 oC Kondisi suhu masuk = 25 oC

Kondisi suhu keluar = 40 oC

H(40 oC) = 167,5 kJ/kg (Reklaitis)

H(25 oC) = 125,8 kJ/kg (Reklaitis)

Mair pendingin =

) H(25 -C) H(40

Q o o

C

Mair pendingin =

125,8 -167,5

668 2.999.712,

Mair pendingin = 71.935,556 kg/jam

Tabel LB.9. Neraca Panas pada Reaktor (R-01) Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)

Umpan 20.044.206,68

Produk - 23.044.076,89

Panas reaksi - -157,5406

Air pendingin 2.999.712,668 - Total 23.043.919,35 23.043.919,35

(32)

CD-01

Fungsi : Untuk menurunkan temperatur produk reaktor serta merubah fasa menjadi cairan jenuh agar memudahkan proses pemisahan di kolom destilasi

Gambar LB.3. Diagram alir condenser (CD-01)

Panas Masuk



Tabel LB.10. Perhitungan Panas Masuk pada Condensor (CD-01)

Alur Komponen N

CH3OH 169,6892 11.892,5668 2.018.039,619

CH3OCH3 763,6012 19.689,5012 15.034.926,72

H2O 768,1330 7.799,5741 5.991.110,555

Total 23.044.076,89

Panas Keluar



Tabel LB.11. Perhitungan Panas Keluar pada Condensor (CD-01) Q3 Air pendingin

T = 25oC

Kondensat

T = 40oC

(33)

Alur Komponen N (kmol)





CH3OCH3 763,6012 5.693,0375 4.347.210,308

H2O 768,1330 3.390,5215 2.604.371,594

Total 7.603.949,707

Panas yang diserap ammonia (Q) adalah :



= 7.603.949,707 kJ/jam – 23.044.076,89 kJ/jam = -15.440.127,19 kJ/jam

Kondisi air pendingin masuk pada T = 25oC ; 1 atm Kondisi air pendingin keluar pada T = 40oC ; 1 atm

H (25 oC) = 125,8 kJ/kg (Reklaitis)

H (40 oC) = 167,5 kJ/kg (Reklaitis)

Maka jumlah air pendingin yang dibutuhkan :

Mammonia =

= 370.266,8391 kg/jam

Tabel LB.12. Neraca Panas pada Condensor (CD-01) Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)

Umpan 23.044.076,89 -

Produk - 7.603.949,707

Air pendingin - 15.440.127,19

(34)

KD-01

Fungsi : Untuk memisahkan campuran metanol dan air sebagai produk bawah dengan dimetil eter sebagai produk atas.

Gambar LB.4. Diagram alir kolom destilasi (KD-01)

Kondisi Feed : bubble point Menentukan suhu umpan masuk :

Umpan yang masuk ke kolom destilasi merupakan cairan jenuh. Untuk menentukan suhu umpan, maka dilakukan perhitungan bubble point dengan cara trial suhu umpan

hingga syarat ∑ Ki.xi= 1 terpenuhi.

Tabel LB.13 Komposisi Bahan Masuk Kolom Destilasi (KD – 01) Komponen F (kg/jam) N (kmol/jam) Fraksi mol (xi)

CH3OH 5420,3966 169,3874 0,0997

H2O 13.801,8070 766,7671 0,4515

CH3OCH3 52,6738 1,1451 0,4488

Total 54.382,1029 1701,4234 1.0000

Persamaan Antoine : ln Pi = A - _   

 

C T

B

, dimana P = kPa, T = oK Kondisi umpan masuk [F4] :

P = 8 atm = 810,6 kPa T = 70 oC = 343 oK

5

Q4 H2O(l)

CH3OH (l)

CH3OCH3 (l)

T = 70oC

10 4

Q5 H2O(g)

CH3OH (g)

CH3OCH3 (g)

T = 70oC

Q10 H2O(l)

CH3OH (l)

CH3OCH3 (l)

(35)

Tabel LB.14. Nilai Bilangan Antoine

Komponen A B C

CH3OH 16,4948 3.593,39 -35,2249

H2O 16,5392 3.985,44 -38,9974

CH3OCH3 14,3448 2.176,84 -24,6733

Dengan menggunakan persamaan antoine maka diperoleh : Menghitung Tekanan pada Dimetil Eter :

ln PiDME = A - 

Menghitung tekanan pada Metanol : ln PiMetanol = A - 

(36)

Ki = Pi/P

a. Dimetil Eter Ki =

810,6 123,8937

= 0,1528 b. Metanol

Ki =

810,6 30,8554

= 0,0381 c. Air

Ki =

810,6 1.819,6813

= 2,2449 Menentukan Harga Yi

Yi = Ki × Xi

a. Dimetil Eter

Yi = 0,1528 × 0,0997 = 0,0152

b. Metanol

Yi = 0,0381 × 0,4515 = 0,0172

c. Air

Yi = 2,2449 × 0,4488 = 1,0075

Berikut data yang diperoleh :

Tabel LB.15. Perhitungan untuk temperatur umpan masuk (bubble point)

Komponen xi Pi

P Pi

K_i  Yi= Ki . xi

CH3OCH3 0,0997 123,8937 0,1528 0,0152

CH3OH 0,4515 30,8554 0,0381 0,0172

H2O 0,4488 1.819,6813 2,2449 1,0075

Total 1,0399

(37)



Tabel LB.16. Perhitungan Panas Masuk pada Kolom Destilasi (KD-01) Alur Komponen N (kmol)





CH3OCH3 763,6012 5.693,0375 4.347.210,308

H2O 768,1330 3.390,5215 2.604.371,594

Total 7.603.949,707

Panas Keluar



Tabel LB.17. Perhitungan Panas Keluar Destilat Kolom Destilasi (KD-01) Alur Komponen N (kmol) ∆Hvl





Total 3.717.829,808



Tabel LB.18. Perhitungan Panas Keluar Bottom Kolom Destilasi (KD-01) Alur Komponen N (kmol) ∆Hvl





(38)

Panas Refluks Kondensor

    

    



_

K

o

dT Cp Ni

Q

315

298 .

Tabel LB.19. Perhitungan Panas Refluks Kondensor Alur Komponen N (kmol)





K

o

o T Cp 315

298

. (kJ/kmol.K) Q(kJ/jam)

9

CH3OH 0,8206 1398,8626 1147,90665

CH3OCH3 3.533,6014 2060,6975 7.281.683,571

H2O 2,0895 1276,2024 2.666,6249

Total 7.288.164,727

Panas Refluks Reboiler

QRB = Q destilat + Qbottom + Qrefluks kondensor – Qin

= 3.717.829,808 + 3.886.119,899 + 7.288.164,727 – 7.603.949,707 = 7.288.164,727 kJ/jam

Tabel LB. 20 Neraca Energi Total Kolom Destilasi (KD-01)

Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)

Umpan 7.603.949,707 Qdestilat 3.717.829,808

QRB 7.288.164,727 Qbottom 3.886.119,899

- Qkondensor 7.288.164,727

Total 14.892.114,4300 14.892.114,4300

LB.5. Condensor (CD-02)

(39)

CD-02

Gambar LB.5. Diagram alir Condensor (CD-02)

Perhitungan untuk titik embun (dew point) berdasarkan trial hingga ∑ 1

i i

K y

Berikut adalah data trial terakhir dengan menggunakan suhu 42 oC Tekanan : 8 atm = 810,600 kPa

Temperatur : 42 oC = 315 oK

Berikut adalah trial terakhir yang dilakukan Menentukan harga yi

yi = Mol/Total mol

yi DME =

0906 , 983

2801 , 981

= 0,9982 yi metanol =

0906 , 983

3276 , 0

= 0,0003

yi air =

0906 , 983

4829 , 1

= 0,0015

Menentukan harga Pi

ln Pi DME = A - 

  

 

C T

B Q5 CH3OCH3 (g)

H2O(g)

CH3OH (g)

T = 70oC

Q6 CH3OCH3 (l)

H2O(l)

CH3OH (l)

T = 42oC

5 6

Air pendingin

o

Air pendingin bekas

(40)

= 14,3448- _

Menghitung tekanan pada Metanol : ln Pi Metanol = A - 

Menghitung tekanan pada Air : ln Pi Air = A - 

Menentukan harga Ki

Ki = Pi/P Menentukan harga xi

xi DME =

f

(41)

=

Tabel LB.21. Data trial akhir temperatur titik embun (dew point)

Komponen yi Pi

Panas masuk



Tabel LB.22. Perhitungan Panas Umpan Masuk Condensor (CD-02) Alur Komponen N (kmol) ∆Hvl





Total 2.625.696,4051

Panas Keluar



(42)

Alur Komponen N (kmol) ∆Hvl





Total 1.573.017,278

Panas yang diserap air (Q) adalah :



= 1.573.017,278 kJ/jam - 2.625.696,4051 kJ/jam = -1.052.679,127 kJ/jam

H (25oC) = 125,8 kJ/kg (Reklaitis)

Maka jumlah air pendingin yang dibutuhkan : Mair pendingin =

Tabel LB.24. Neraca Panas pada Condensor (CD-02) Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)

Umpan 2.625.696,4051 -

(43)

RB-01

Total 2.625.696,4051 2.625.696,4051

LB.6. Reboiler (RB-01)

Fungsi : Untuk menguapkan kembali dimetil eter yang masih tersisa di bottom kolom destilasi

Gambar LB.6. Reboiler (RB-01)

Perhitungan untuk titik didih (bubble point) berdasarkan trial hingga ∑y_i.x_i 1 Berikut adalah trial akhir dengan menggunakan temperatur 159 oC

Menentukan harga xi

xi = Mol/Total mol

xi DME =

6403 , 1206

4741 , 1

= 0,0012 xi metanol =

6403 , 1206

0623 , 218

= 0,1807

xi air =

6403 , 1206

1039 , 987

= 0,8181 Q11 (V) CH3OCH3 (g)

H2O(g)

CH3OH (g)

T= 159 oC

Q10 (L) CH3OCH3 (l)

H2O(l)

CH3OH (l)

T = 70oC

Q12 (B) CH3OCH3 (l)

H2O(l)

CH3OH (l)

T= 159oC

11

10

12

Steam

T=180oC

Kondensat

(44)

Menentukan harga Pi

Menghitung tekanan pada Metanol : ln Pi Metanol = A - 

Menghitung tekanan pada Air : ln Pi Air = A - 

Menentukan harga Ki

(45)

Menentukan harga yi

Tabel LB.25. Data trial error temperatur titik didih (bubble point) Reboiler

Komponen xi Pi

Panas Masuk



Tabel LB.26. Perhitungan Panas Umpan Masuk Reboiler (RB-01) Alur Komponen N (kmol) ∆Hvl





Total 3.886.119,899

Panas Keluar

(46)

Tabel LB.27. Perhitungan Panas Refluks Reboiler (RB-01)

Total 9.979,0039

Tabel LB.28. Perhitungan Panas Keluar Bottom Reboiler (RB-01) Alur Komponen N (kmol) ∆Hvl





Total 12.182.398,09

Panas yang dibutuhkan (Q) adalah :



= (9.979,0039 kJ/jam + 12.182.398,09 kJ/jam) - 3.886.119,899 kJ/jam = 8.306.257,191 kJ/jam

Kondisi steam masuk adalah saturated steam pada T = 179,9oC ; 10 atm Kondisi kondensat keluar pada T = 179,9oC ; 10 atm Steam H (179,9 oC) = 2776.2 kJ/kg (Reklaitis) Kondensat H (179,9 oC) = 762,6 kJ/kg (Reklaitis) Maka jumlah steam yang dibutuhkan :

(47)

H-01

=

kJ/kg 762,6 -kJ/kg 2.776,2

kJ/jam 191 8.306.257,

= 4.125,0781 kg/jam

Tabel LB.29. Neraca Panas pada Reboiler (RB-01) Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)

Umpan 3.886.119,899 -

Refluks - 9.979,0039

Bottom - 12.182.398,09

Steam 8.306.257,191 -

Total 12.192.377,09 12.192.377,09

LB.7. Heater (H-01)

Fungsi : Meningkatkan temperatur umpan hingga 165 oC yang akan disuplai ke kolom destilasi 2 sesuai titik didihnya agar lebih memudahkan pemisahan metanol dengan air.

Gambar LB.7. Diagram alir heater (H-01)

Panas Masuk

    

    



_

K

o

dT Cp Ni

Q

432

298 .

Tabel LB.30. Panas Umpan Masuk pada Heater (H-01) Q12

H2O(l)

CH3OH (l)

CH3OCH3 (l)

T= 159 oC

Q13 H2O(l)

CH3OH (l)

CH3OCH3 (l)

T= 165 oC Steam

T= 180 oC

Kondensat

(48)





CH3OH 200,5135 14.178,6192 2.843.003,771

CH3OCH3 1,3555 20.549,7502 27.855,1658

H2O 907,6656 10.226,6547 9.282.382,231

Total 12.153.241,17

Panas Keluar



Tabel LB.31. Panas Keluar pada Heater (H-01)





CH3OH 200,5135 15.119,7958 3.031.722,325

CH3OCH3 1,3555 21.815,5314 29.570,9309

H2O 907,6656 10.697,7572 9.709.985,76

Total 12.771.279,02

Panas yang diberikan steam, Qs :

 = 618.037,8477 kJ/jam

(49)

KD-02

Tabel LB.32. Neraca Panas pada Heater (H-01) Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)

Umpan 12.153.241,17 -

Produk - 12.771.279,02

Steam 618.037,8477 -

Total 12.771.279,02 12.771.279,02

LB.8. Kolom Destilasi 2 (KD – 02)

Fungsi : Untuk memisahkan campuran, dimana air sebagai produk bawah dan metanol sebagai produk atas

Gambar LB.8. Diagram alir kolom destilasi (KD-02) Persamaan Antoine : ln Pi = A - _

Dengan melakukan perhitungan trial error bubble point untuk mendapatkan suhu titik didih maka didapatkan kondisi umpan masuk KD – 102 :

(50)

Tabel LB.33. Nilai Bilangan Antoine

Komponen A B C

CH3OH 16,4948 3593,3900 -35,2249

H2O 16,5392 3985,4400 -38,9974

CH3OCH3 14,3448 2176,8400 -24,6733

Dengan menggunakan persamaan antoine maka diperoleh : Menghitung Tekanan pada DME :

ln PiDME = A - 

Menghitung tekanan pada Metanol : ln PiMetanol = A - 

Menghitung tekanan pada Air : ln PiAir = A - 

Menghitung nilai Ki

Ki = Pi/P

(51)

Ki =

932,19 8.214,6684

= 9,3993 b. Metanol

Ki =

932,19 1.739,0203

= 2,0869 c. Air

Ki =

932,19 616,4251

= 0,7506 Menentukan Harga Yi

Yi = Ki × Xi

a. Dimetil Eter

Yi = 9,3993 × 0,0012 = 0,0115

b. Metanol

Yi = 2,0869 × 0,1807 = 0,3771

c. Air

Yi = 0,7506 × 0,8181 = 0,6141

Berikut data yang diperoleh :

Tabel LB.34. Kondisi Umpan Masuk Kolom Destilasi (KD-02)

Komponen xi Pi

P Pi

K_i  Yi = Ki. xi

CH3OCH3 0,0012 8.761,8916 9,3993 0,0115

CH3OH 0,1807 1.945,3957 2,0869 0,3771

H2O 0,8181 699,7294 0,7506 0,6141

Total 1,0000 11.407,0167 1,022

Panas Masuk

    

    



_

K

o

dT Cp Ni

Q

438

298 .

Tabel LB.35. Panas Masuk Kolom Destilasi (KD-02)





K

o

o T Cp 438

298

(52)

13

CH3OH 200,5135 15.119,7958 3.031.722,325

CH3OCH3 1,3555 21.815,5314 29.570,9309

H2O 907,6656 10.697,7572 9.709.985,76

Total 12.771.279,02

Panas Keluar



Tabel LB.36. Perhitungan Panas Keluar Destilat Kolom Destilasi (KD-02) Alur Komponen N (kmol) ∆Hvl





CH3OH 200,2127 35.270,4 6.872,3779 2.437.518,245

CH3OCH3 1,3535 - 11.359,9203 15.375,2629

H2O 1,3615 - 4.766,5947 6.489,7107

Total 3.010.644,367



Tabel LB. 37. Perhitungan Panas Keluar Bottom Kolom Destilasi (KD-02) Alur Komponen N (kmol) ∆Hvl





Total 9.760.634,653

Panas Refluks Kondensor



(53)

CD-03

18

CH3OH 64,0681 10.936,9223 700.707,8316

CH3OCH3 0,6226 16.065,3910 10.002,31245

H2O 0,2451 8.436,5589 2.067,8006

Total 712.777,9446

Panas Refluks Reboiler

QRB = Q destilat + Qbottom + Qrefluks kondensor – Qin

= 3.010.644,367 + 9.760.634,653 + 712.777,9446 – 12.771.279,02 = 712.777,9446 kJ/jam

Tabel LB. 39. Neraca Energi Total Kolom Destilasi (KD-01)

Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)

Umpan 12.771.279,02 Qdestilat 3.010.644,367

QRB 712.777,9446 Qbottom 9.760.634,653

- Qkondensor 712.777,9446

Total 13.484.056,96 13.484.056,96

LB.9. Condensor (CD-03)

Fungsi : Mengkondensasikan air produk dari menara destilasi

Q14 CH3OCH3 (g)

H2O(g)

CH3OH (g)

14 15

Air pendingin

Q15 CH3OCH3 (l)

H2O(l)

CH3OH (l)

(54)

Gambar LB.9. Diagram alir condensor (CD-03)

Perhitungan untuk titik embun (dew point) berdasarkan trial hingga ∑ 1

i i

K x

Berikut adalah data trial terakhir dengan menggunakan suhu 136 oC Tekanan : 9,2 atm = 932,19 kPa

Temperatur : 136 oC = 409 oK

Berikut adalah trial terakhir yang dilakukan Menentukan harga xi

xi = Mol/Total mol Menentukanharga Pi

ln PiDME = A -  Menghitung tekanan pada Metanol : ln PiMetanol = A - 

Air pendingin bekas

(55)

= 16,4948 - _

Menghitung tekanan pada Air : ln PiAir = A -  Menentukan harga Ki

Ki =

P Pi

a. Dimetil Eter Ki = Menentukan harga Yi

(56)

Yi air =

Tabel LB.40. Data trial error titik embun (dew point)

Komponen xi Pi

Panas masuk



Tabel LB.41. Perhitungan Panas Umpan Masuk Condensor (CD-03) Alur Komponen N (kmol) ∆Hvl





CH3OH 200,2127 35.270,4 6.872,3779 8.437.518,245

CH3OCH3 1,3535 - 11.359,9203 15.375,2629

H2O 1,3615 - 4.766,5947 6.489,7107

Total 8.459.383,219

Panas Keluar



(57)

H2O 1,3615 - 8.436,5589 11.486,3611

Total 2.222.940,773

Panas yang diserap air (Q) adalah :



= 2.222.940,773 kJ/jam – 8.459.383,219 kJ/jam = -6.236.442,446 kJ/jam

Kondisi air pendingin masuk pada T = 25 oC ; 1 atm Kondisi air pendingin keluar pada T = 40 oC ; 1 atm

Tabel LB.43. Neraca Panas pada Condenser (CD-03) Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)

Umpan 8.404.157,215 -

Produk - 2.093.547,103

Total 8.404.157,215 8.404.157,215

LB.11. Reboiler (RB-02)

(58)

Gambar LB.10. Diagram alir reboiler (RB-02)

Perhitungan untuk titik didih (bubble point) berdasarkan trial hingga ∑y_i.x_i 1 Berikut adalah data trial akhir dengan menggunakan temperatur 177 oC

Menentukan harga Yi

Yi = Mol/Total mol Menentukan harga Pi

ln PiDME = A - 

(59)

= 16,4948 - _   

 

(-35,2249) 450

3593,39

Pi = 2518,2864 kPa

Menghitung tekanan pada Air : ln PiAir = A - 

  

 

C T

B

= 16,5392 - _

  

 

(-38,9974) 450

3985,44

Pi = 936,6663 kPa

Menentukan harga Ki

KiDME =

P P_i

=

932,19 10165,5293

= 10,9050 KiMetanol =

932,19 2518,2864

= 2,7015

KiAir =

932,19 936,6663

= 1,0048 Menentukan harga xi

xi = Ki × Yi

xi DME = 10,9050 × 2,2196 × 10-6

= 2,420 × 10-5 xi Metanol = 2,7015 × 0,0003

= 0,0009

xi Air = 1,0048 × 0,9997

= 1,0045

(60)

Komponen Yi Pi

Panas Masuk



Tabel LB. 45. Perhitungan Panas Umpan Masuk Reboiler (RB-02) Alur Komponen N (kmol) ∆Hvl





Total 9.760.634,653

Panas Keluar



Tabel LB.46. Perhitungan Panas Refluks Reboiler (RB-02) Alur Komponen N (kmol) ∆Hvl





Total 5.487,3544

(61)

Alur Komponen N (kmol) ∆Hvl





Total 10.612.868,28

Panas yang dibutuhkan (Q) adalah :



= (5.487,3544 kJ/jam + 10.612.868,28 kJ/jam) – 9.760.634,653 kJ/jam = 857.720,9806 kJ/jam

Kondisi steam masuk adalah super steam pada T = 179,9oC ; 10 atm Kondisi kondensat keluar pada T = 179,9oC ; 10 atm Steam H (179,9oC) = 2676 kJ/kg (Reklaitis) Kondensat H (179,9oC)= 419,4 kJ/kg (Reklaitis)

Maka jumlah steam yang dibutuhkan :

Msteam =

(62)

C-01

Umpan 9.760.634,653 -

Refluks - 5.487,3544

Bottom - 10.612.868,28

Steam 857.720,9806 -

Total 10.618.355,63 10.618.355,63

LB.12. Cooler (C – 01)

Fungsi : Untuk menurunkan temperatur produk dari reboiler (RB-02)

Gambar LB.11. Diagram alir cooler (C-01)

Panas Masuk

    

    



_

K

o

dT Cp Ni

Q

450

298 .

Tabel LB.49. Perhitungan Panas Masuk pada Cooler (C-01)





K

o

o T Cp 450

298

. (kJ/kmol.K) Q (kJ/jam)

CH3OH 0,30197 17.140,15295 5.175,7549

21 CH3OCH3 0,0021 24.479,4970 49,9709

H2O 909,9095 11.646,1569 10.596.948,16

Total 10.602.173,88

Panas Keluar

Q21

CH3OCH3 (l)

H2O(l)

CH3OH (l)

T = 177oC

Q22

CH3OCH3 (l)

H2O (l)

CH3OH (l)

T = 30 oC Air pendingin

T = 25oC

Air pendingin bekas

T = 40oC

(63)



Tabel LB.50. Perhitungan Panas Keluar pada Cooler (C-01)





Total 341.055,8181

Panas yang diserap air pendingin (Q) adalah :

 = -10.261.118,07 kJ.jam

= 246.069,9776 kg/jam

(64)

Umpan 10.602.173,88 -

Produk - 341.055,8181

(65)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT

1. Tangki Penyimpanan Metanol

Fungsi : Menyimpan metanol untuk kebutuhan 30 hari Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 Grade C

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jenis sambungan : Single welded butt joints

Jumlah : 4 unit

T-102

Gambar LC.1. Tangki Penyimpanan Metanol (T-01)

 Kondisi operasi :

Tekanan = 1 atm

Temperatur = 30 C

Laju alir massa = 54.382,10289 kg/jam

Densitas = 791,5 kg/m3

Kebutuhan perancangan = 30 hari

Faktor keamanan = 10 %

 Perhitungan: a. Volume tangki

Volume larutan,Vl = ₃

/ 5 , 791

jam/hari 24

hari 30 kg/jam 939 2.915.716,

m kg

 

= 55.256 m3 Terdapat 4 tangki maka =

4 m 55.256 3

= 13.814,19902 m3

Volume tangki, Vs = (13.814 × 0,1) + 24734,75305 m3

(66)

b. Diameter dan tinggi shell Direncanakan :

- Tinggi shell : diameter (Hs : D = 3 : 2)

- Tinggi head : diameter (Hh : D = 1 : 4)

- Volume shell tangki ( Vs)

Vs = 3 3

8D

Di =

3 / 1

3 8

   

 

 Vs x

D = 23,4559 m - Volume tutup tangki (Vh)

Vh = 3

24D 

= 1688,4005

- Volume tangki (V)

V = Vs + Vh

= 15.195,61892 + 16.88,4005

= 16.884,0194 m3

- Tinggi tangki (H) Hs = 3/2D

= (3/2) × 23,4559 m

= 35,1839 m

c. Diameter dan tinggi tutup

Diameter tutup = diameter tangki = 48,906 m

Hh = 28,4826

4 1 4

1 _ _

D = 5,8640 m

Ht = Hs + 2Hh = 46,9118 m

d. Tebal shell tangki

Tinggi cairan dalam tangki = m 4 16.884,019

m 02 13.814,199

3 3

× 46,9118 m = 38,3824 m

PHidrostatik =  × g × l

= 418,9981 kPa

(67)

P0 = Tekanan operasi = 1 atm

Faktor kelonggaran = 5 %

Pdesign = (1 + 0,05) × (2,9383 atm + 1 atm)

= 4,1352 atm

D = 23,4559 m

r = 11,7280 m

Joint efficiency (E) = 0,85 (Brownell,1959)

Allowable stress (S) = 932,2297 atm (Brownell,1959)

Faktor korosi = 0,0003 m

Tebal shell tangki:

C . 6 , 0 .

. _

 

P E S

R P t

(Peters, 1991) t = 0,0617 m

t = 6,1716 cm

Tebal shell standar yang digunakan = 2,5 in (Brownell, 1959) e. Tebal tutup tangki

C . 2 , 0 . 2

. _

 

P E S

D P

t (Peters, 1991)

t = 0,0616 m = 6,1555 cm

Tebal tutup standar yang digunakan = 2,5 in (Brownell,1959)

2. Tangki Penyimpanan Dimetil Eter (T-02)

Fungsi : Menyimpan dimetil eter untuk kebutuhan 30 hari Bahan konstruksi : Low Alloys Steel SA 202 B

Bentuk : Silinder Horizontal dengan penutup torrispherical dished head

(68)

T-02

Gambar LC.2. Tangki Penyimpanan Dimetil Eter (T-02)

 Kondisi operasi :

Tekanan = 9,2 atm

Temperatur = 42 C = 303 oK Laju alir massa = 31565,6566 kg/jam

Densitas = 1970 kg/m3

Kondisi = liquid

Kebutuhan perancangan = 30 hari

Total penyimpanan = 31565,6566 kg/jam × 30 × 24 jam = 22.727.272,75 kg

Faktor kelonggaran = 20 %

 Perhitungan: a. Volume tangki

Kapasitas tangki, Vg = =11.536,68668m3

kg/m 1970

kg ,75 22.727.272

3

Volume Spherical, Vt = (1 + 0,2) × 11.536,68668 m3 = 13.844,02401 m3

b. Volume 2 Tutup dan Shell Direncanakan :

H/D = 4/3 = 1,33 L/D = 3/1 = 3

Volume 2 Tutup, Vh = 2[0,0778 D3 (2) (H/D)2 (1,5-H/D)] (Walas,2010) = 2[0,0778 D3 (2) (01,33)2 (1,5-1,33)]

= 0,09220 D3

(69)

= 4,4286 rad

Volume Shell = π D2 L 1



sin



4  2π   

= π D2 L 1



4, 4286 sin 4, 4286



4  2π 

= 0,6736 D2 L Karena L = 3 D ; maka

Volume Shell = 0,6736 (3) D2 = 2,0207 D3

Volume 2 Tutup + Shell = 0,0922 D3 + 2,0207 D3 = 2,1129 D3

c. Diameter (D) dan Tinggi Tangki

Diameter, D =

2,1129 3461,0060 3

= 11,7879 m Jari-jari, r = 1,0564m Tinggi Shell = 15,748 m Tinggi Tutup = 1,0564 m Tinggi Total = 17,86093 m

d. Tebal Shell dan Head dan Bottom

Allowable Stress, SA = 21250 psi = 146513,5863 kPa Joint Efficiency, E = 0,80

Corrotion Factor, Ca = 0,125 in/thn = 0,00138 m/thn P Operasi = 9,2 atm = 932,19 kPa Faktor kelonggaran = 0,2

Umur = 10 Tahun

P hidrostatik = 2.230,269912 kPa P design = 3.794,9519 kPa

Tebal Shell, C

. 6 , 0 .

. _

 

P E

S R P

(70)

C . 6 , 0 .

. _

 

P E

S R P t

t = 0,03182 m t = 1,2527 in

Tebal shell standar yang digunakan = 2 in (Brownell, 1959)

r/L = 5,9055

L = D = 11,7879 m

M =

 

1/2

3 L/r 4 

(Walas, 1988)

=

4 ) 0,02981 /

1 (

3 1/2

= 2,1978 m

Tebal head = P L M + Ca n

2 S E - 0,2 P

  _

   (Walas, 1988)

= 0,13690 m = 1,2526 in

Tebal head standar yang digunakan = 1,5 in (Brownell, 1959)

3. Fired Heater (FH-01)

Fungsi : Meningkatkan temperatur umpan hingga 250oC dan menguapkkannya

Refraktori : Chrome

Bahan bakar : Solar

Tipe : Two Radiant Chamber

(71)

1. Volumetric Flowrate, V’ = 64,3575182 m3/jam Mass flowrate, m = 54.382,1029 ft3/s Waktu tinggal, τ = 0,9 s

Volume of Reaction, Vr = 0,0161 m3 Velocity, v = 0,0069791 ft2/s 2. Short radius = 11,75 in = 0,29845 m

3. Efficiency = 80 %

4. Fraction excess air = 15 % 5. Cracking heat = 75,6 kJ/mol

Act. Cracking heat = 58,48416 kJ/mol Panas yang dibutuhkan = 19.353.587,46 kJ/jam Heat cracking/kg fuel, Qt = 1702,16249 kJ/kg 6. Panas yang dikeluarkan, Qn = 2127,70311 kJ/kg 7. Panas yang diserap, QR = 1,28 × 103

8. Radiant Heat Flux, Q/A = 8000 Btu/jam.ft2 = 25,23672 kJ/jam.ft2 9. Radian surface, A = 25,23672 m2

Panjang tube = 194,829761 m 10.Spesifikasi tube

Diameter dalam, ID 5 in 12,7 cm Diameter luar, OD 14,9225 cm

Exposed length 16 m

(72)

D log mean 13,7813947 cm

keliling 43,2735795 cm

Volume 1 tube = 0,2026 m3

A tube = 0,01266 m3 = 0,1363 ft2 Burner Type :

Kapasitas = 12500 Mbtu = 13188250 kJ/jam

Jumlah Burner = 1,3260 burner = 2 burner 11.Jumlah tube = 13,0482 = 14 tube 12.Fuel Oil Rate

release heat lb/MBtu oil

fuel with 8 840 106

t n

f

x Q

G

 

Fuel Oil Rate, Gf = 22,0090 kg/jam (Walas, 218)

13.Susunan tube

90 radiant tubes Figure 8.22:

4 pada shields, 14 pada ceiling, and 36 pada tiap dinding

14.Clod Plane Area, Acp

(73)

(jumlah tube terutama pada tube shield) Cold Plane Area, Acp = 4,7752 m2

15.Permukaan dalam shell, As Lebar, W = 12 m Tinggu, H = 10 m Panjang, L = 16 m

As = 2[W(H+L)+H×L)]

Permukaan dalam shell, As = 676 m2

16.Center to center/OD = 2 Tipe : Row of tube

α = 1-[0,0277 + 0,0927 (x-1)](x-1)

X= (jarak antar center to center)/(diameter tube luar)

α = 0,8796

17.A shield = 240 m2

α shied = 1

α Acp = -4.2

Efektifitas Absoptivity,

αAR = Ashield+ αAcp

= 235,799734 m2

Z = (Aw/ αAR) = 2,887

18.Mean Beam Length

L = 2/3 (furnace volume)1/3 = 8,2859 m

19.Partial Pressure

P = 0,288 -0,229x + 0,09 x2

P = 0,255675 atm

(74)

21.Q Convective = 4372169,68 kJ/jam

Exchange factor, F

Ф = gas emissivity

Z = Aw/ αAR

Enthalpi, Qg/Qn Z = fraction excess air

a = 0,22048 – 0,35027z + 0,92344z2 = 0,1887 b = 0,016086 + 0,29393z – 0,48139z2 = 0,0494 Qg/Qn = [a+b(T/1000-0,1)](T/1000-0,1) = 0,7317

Gas keluar dari Zona Radian, Tg

(75)

(Walas,1998)

= 9,69727216

) (

7TgTt = 0,38317803

Tg = 1364,03 oC = 2487,255 oF Selisih 5 × 10-5

24.Panas yang diserap

6905,47817 Btu/lb = 1,6 × 104 kJ/kg Selisish 2 = 5,57

25.Q Convective = 10689,2436 kJ/kg

26.T inlet, Tli = 153 oC T outlet, Tlo = 600 oC Temperature Stack, Ts= 242,5 oC









T (Walas,1998)

= 236,5 Tf = 549,7504 oC

27.Spesifikasi Convective Tube Diameter dalam, ID 5 in

12,7 cm Diameter luar, OD 14,9225 cm

Exposed length 16 m

Center to center 29,845 cm

(76)

keliling 43,2735795 cm

28.Mass Velocity, G

1,4 kg/s.m2 pilih 0,3-0,4 lb/s.ft2 0,3 = 1,466 kg/s.m2

0,4 = 1,954 kg/s.m2

29.Overall Heat Transfer Coeff., Uc

a = 2,461 – 0,759z + 1,625 z2 = 2,584393 b = 0,7655 + 21,373z – 9,6625z2 = 10,0592 c = 9,7938 – 30,809z +14333z2 = -3,45988 Average Outside Film Temp.z = 0,5947504 Uc = (a + bG + cG2)(4,5/d)0,25 = 7,32587287

30.Convection Tube Surface Area

Ac = 1459,10852 m2

Panjang yang dibutuhkan = 3371,82304 m

Jumlah Tube = 210,73894 tube = 211 tube

W : 12 m

H : 10 m

L : 16 m

W Convective 5 m

31.Jumlah Convection Section Jumlah = 7,27586207

= 8 section

Tinggi tiap section = 0,5969 m Tinggi Convection section = 4,7752 m

Baris 1 = 15 tube

Baris 2 = 14 tube

(77)

32.Radiant Section Tube Arrangement Jumlah tube = 154 tube

Shield Area = 5 m = 15 tube

Ceiling Area = 7 = 24 tube

Right & left Area = 3 m = 11 tube

Wal Height = 7 m = 1 chamber 47 tube

Amount of Radiant Section = 2 section = burner/section 6,333 Type : Two Radiant Chamber = 2 burner

3. Reaktor (R-01)

Fungsi : Sebagai tempat terjadinya reaksi dehidrasi metanol sehingga menghasilkan dimetil eter.

Tipe : Multi Tubular Reactor Gambar :

Gambar LC.4. Multi Tubular Reactor

Kondisi reaktor

Temperatur (T) = 250 oC = 523 K

Tekanan (P) = 12 atm

(78)

Densitas Campuran, ρcamp = 791,8 kg/m3

Data katalis :

Nama katalis : Alumina Silika (Zeolit)

Porositas, υ : 0,35

(79)





_ Volumetrik Flowrate

cam p

b. Menentukan Volume Reaktor, VTR

Volume Tube Reaktor, VTR

(Levenspiel,1999)

Volume reaktor

(80)

c. Menghitung jumlah tube

Dalam perancangan ini digunakan orifice / diameter gelembung dengan spesifikasi:

Luas permukaan untuk perpindahan panas,

2

Luas permukaan luar (a) = 0,0104 ft2

/ft (Tabel 11, Kern)

Jumlah tube, 1858

/ft

Faktor korosi = 0,0098 in/tahun Umur alat = 10 tahun

(81)

2

e. Diameter dan tinggi shell

Diameter shell (D) = (1,27 × 44) + 2 (0,25) = 106,9055 in = 2,7154 m Tinggi shell (H) = panjang tube = 7,5 m

f. Diameter dan tinggi tutup

Diameter tutup = diameter tangki = 2,7154 m Rasio axis = 2 : 1

Tinggi tutup =

g. Tebal shell dan tebal tutup

Tekanan operasi = 12,01325 × 102 kPa Faktor kelonggaran = 5 %

Maka, Pdesign = (1,05) (12,01325 × 102 kPa)

= 12613,39 kPa = 182,9396 psi

Joint effisiensi = 0,8 (Brownell, 1959)

Allowable stress = 11200 psia (Brownell, 1959)

0,6P -SE

PR t

96) 0,6(182,93

-8) (11200)(0,

) 2 / 9055 , 106 )( 9396 , 182

( in

t

= 1,1049 in

Faktor korosi = 0,0098 in Umur alat = 10 tahun

Maka tebal shell yang dibutuhkan = 1,1049 in + (0,0098).(10) in = 1,2029 in Tebal shell standar yang digunakan = 1 ¼ in (Brownell,1959) Tebal tutup = tebal shell = 1 ¼ in

m 68 , 0 2

7154 , 2 2

1 _

   

(82)

T R

k (1 φ)V

V  

T TR

Q V  

h. Menentukan Volume dan Berat Katalis Reaktor

Menghitung Volume Katalis :