LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA. 1ton

(1)

(2)

(1) (3)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Kapasitas produksi CaCl2 = 30.000 ton/tahun 1 tahun = 330 hari kerja

1 hari = 24 jam kerja Kapasitas tiap jam = 30.000

tahun ton x hari ton 330 x jam hari 24 x ton kg 1 000 . 1 = 3787,878 kg / jam

Kemurnian dari CaCl2 adalah 94%, maka : Jumlah CaCl2 = 94% x 3787,878 kg / jam

= 3560,606 kg/jam A.1 Penentuan Komposisi Bahan Baku Komposisi batu kapur :

• 98,9% CaCO3 : 3183,854 kg/jam • 0,95% MgCO3 : 30,583 kg/jam • 0,15% FeCl3 : 4,829 kg/jam Total : 3219,266 kg/jam A.2 Perhitungan Neraca Massa

A.2.1 Tangki Pelarutan (DT-01)

Fungsi : Untuk melarutkan Asam Klorida (HCl) dalam air.

Gambar LA.1 Aliran Proses pada Tangki Pelarutan HCl(aq) 37% H2O(l) 63% H2O(l) HCl(aq) 30% H2O(l) 70%

DT-01

(2)

Neraca Massa Total : F1 + F2 = F3

4231,895 + 987,442 = 7829,004

7829,004 kg/jam = 7829,004 kg/jam Neraca Massa Komponen :

HCl : 1 HCl F = 6347,841 kg/jam x 37% = 2348,701 kg/jam 1 O H2 F = 6347,841 – 2348,701 = 3999,140 kg/jam kg/jam 2348,701 F F 1 HCl 3 HCl = = H2O : 3 7 x kg/jam 2348,701 F_H3_O 2 = = 5480,303 kg/jam F F F_H2_O _H3_O _H1 _O 2 2 2 = − = 5480,303 – 3999,140 = 1481,163 kg/jam

Tabel LA.1 Neraca Massa pada Tangki Pelarutan (DT-01)

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

Alur 1 Alur 2 Alur 3

HCl 2348,701 2348,701

H2O 3999,140 1481,163 5480,303

subtotal 6347,841 1481,163 7829,004

(3)

(7) (5) CaCO3(s) MgCO3(s) FeCl3(s) HCl(aq) MgCl2(s) CaCl2(s) H2O(l) HCl(aq) 30% H2O(l) 70% (3) (6) CO2(g) A.2.2 Pencampur (R-01)

Fungsi : Untuk mencampur CaCO3 dan MgCO3 dengan HCl.

Gambar LA.2 Aliran Proses pada Pencampur Reaksi yang terjadi di dalam Pencampur :

I. CaCO3(s) + 2 HCl(aq)  CaCl2(s) + H2O(l) + CO2(g) II. MgCO3(s) + 2 HCl(aq)  MgCl2(s) + H2O(l) + CO2(g)

Untuk reaksi I : 99 , 0 X 3 CaCO = (William, dkk, 2002) kmol 31,492 31,810 . 99% r kmol 31,810 kg/kmol 09 , 100 kg 3183,854 N 1 CaCO₃ = = = =

Mis : F1HCl mula-mula = y1 * Mr HCl = B1HCl / XCaCO3 * Mr HCl

CaCO3(s) + 2 HCl(aq)  CaCl2(s) + H2O(l) + CO2(g) M : 31,810 y1 - - - B : 31,492 62,984 31,492 31,492 31,492 S : 0,318 y1 – 62,984 31,492 31,492 31,492 Untuk reaksi II : 90 , 0 X 3 MgCO = (Medjell, 1994) kmol 0,328 364 , 0 . 90% r kmol 364 , 0 kg/kmol 84 kg 30,583 N 2 MgCO₃ = = = = CaCO3(s) MgCO3(s) FeCl3(s)

R-01

(4)

Mis : F2HCl mula-mula = y2 * Mr HCl = B2HCl / XMgCO3 * Mr HCl

MgCO3(s) + 2 HCl(aq)  MgCl2(s) + H2O(l) + CO2(g) M : 0,364 y2 - - - B : 0,328 0,655 0,328 0,328 0,328 S : 0,036 y2 - 0,655 0,328 0,328 0,328 Dari kedua reaksi di atas diperlukan total jumlah HCl mula- mula sebanyak :

1 HCl F = 3 HCl F = F1HCl mula-mula + F2HCl mula-mula = (B1HCl / XCaCO3 * Mr HCl) + (B2HCl / XMgCO3 * Mr HCl) = (62,984/ 0,99 * 36,5) + (0,655/ 0,9 * 36,5) = 2322,137 + 26,564 = 2348,701 kg/jam Neraca Massa Total:

F5 + F3 = F6 + F7

3219,266 + 7829,004 = 1402,622 + 9645,648 11048,270 kg/jam = 11048,270 4 kg/jam Neraca Massa Komponen:

MgCO3: F_MgCO7 ₃ =F_MgCO5 ₃ - .r₂ .M_rMgCO₃ = 30,583 – 0,328 . 84 = 3,058 kg/jam

FeCl3 : F FFeCl5 4,829kg/jam 7

FeCl3 = 3 =

CaCO3 : F_CaCO7 ₃ =F_CaCO5 ₃ - .r₁ .M_rCaCO₃

= 3183,854 – 31,492 . 100,09 = 31,839 kg/jam HCl : F F -2.r1 .MrHCl-2.r2 .MrHCl 3 HCl 7 HCl = = 2348,701 – 2 . 31,492 . 36,5 – 2 . 0,328 . 36,5 = 25,879 kg/jam CO2 : F_CO6 r₁ .M_rCO₂ r₂ .M_rCO₂ 2 = + = 31,492 . 44 + 0,328 . 44

(5)

(8) (10) (9) = 1402,622 kg/jam CaCl2 : 1 r 2 7 CaCl r .M CaCl F ₂ = = 31,492 . 110,99 = 3495,276 kg/jam H2O : F F3 r₁ .M_rH₂O r₂ .M_rH₂O H2O 7 O 2 H = + + = 5480,303 + 31,492. 18,016 + 0,328. 18,016 = 6052,563 kg/jam

Tabel LA.2 Neraca Massa pada Pencampur (R-01)

Alur 5 Alur 3 Alur 7 Alur 6

CaCO3 3183,854 31,839 MgCO3 30,583 3,058 FeCl3 4,829 4,829 HCl 2348,701 25,879 MgCl2 31,205 CaCl2 3495,276 H2O 5480,303 6053,563 CO2 1402,622 Subtotal 3219,266 7829,004 9645,648 1402,622 Total 11048,270 11048,270

A.2.3 Tangki Pelarutan (DT-02)

Fungsi : Untuk melarutkan Ca(OH)2 dalam air.

Gambar LA.3 Aliran Proses pada Tangki Pelarutan Neraca Massa Total:

F8 + F9 = F10 53,858 + 215,434 = 269,292 H2O(l) Ca(OH)2(aq) 20% H2O(l) 80% Ca(OH)2(s)

DT-02

(6)

(11) (7) CaCO3(s) MgCO3(s) FeCl3(s) HCl(aq) MgCl2(s) CaCl2(s) H2O(l) (10) 269,292 kg/jam = 269,292 kg/jam

Neraca Massa Komponen:

Ca(OH)2 : F FCa(OH)10 53,858kg/jam 8 Ca(OH)2 = 2 = H2O : F FH3O 215,434kg/jam 3 O H2 = 2 =

Tabel LA.3 Neraca Massa pada Tangki Pelarutan (DT-02)

Ca(OH)2 53,858 53,858

H2O 215,434 215,434

subtotal 53,858 215,434 269,292

total 269,292 269,292

A.2.4 Reaktor Penetral (R-02)

Fungsi : Untuk menetralkan MgCl2, FeCl3, dan sisa HCl

Gambar LA.4 Aliran Proses pada Reaktor Penetral Reaksi yang terjadi di dalam Reaktor Penetral :

I. MgCl2(s) + 2 Ca(OH)2(aq)  CaCl2(s) + Mg(OH)2(s) II. 2 HCl(aq) + Ca(OH)2(aq)  CaCl2(s) + 2 H2O(l)

III. 2 FeCl3(s) + 3 Ca(OH)2(aq)  3 CaCl2(s) + 2 Fe(OH)3(s) Ca(OH)2(aq) 20% H2O(l) 80% CaCO3(s) MgCO3(s) FeCl3(s) HCl(aq) MgCl2(s) CaCl2(s) H2O(l) Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) Fe(OH)3(s)

R-02

(7)

Untuk reaksi I: 70 , 0 X 2 MgCl = (Elsner, 1998) kmol 0,229 328 , 0 . 70% r kmol 328 , 0 kg/kmol 84 kg 25,879 N 1 MgCl₂ = = = =

Mis : F1Ca(OH)2 mula-mula = y1 * Mr Ca(OH)2 = B1Ca(OH)2 / XMgCl2 * Mr Ca(OH)2

MgCl2(s) + Ca(OH)2(aq)  CaCl2(s) + Mg(OH)2(s)

M : 0,328 y1 - - B : 0,229 0,229 0,229 0,229

S : 0,098 y1 – 0,229 0,229 0,229 Untuk Reaksi II:

90 , 0 X_HCl = (Tutorvista, 2010) kmol 0,638 709 , 0 . 90% r kmol 709 , 0 kg/kmol 5 , 36 kg 25,879 N 2 HCl = = = =

Mis : F2Ca(OH)2 mula-mula = y2 * Mr Ca(OH)2 = B2Ca(OH)2 / XHCl * Mr Ca(OH)2 2HCl(aq) + Ca(OH)2(aq)  CaCl2(s) + 2H2O(l) M : 0,709 y2 - - B : 0,638 0,319 0,319 0,638

S : 0,071 y2 – 0,319 0,319 0,638 Untuk Reaksi III:

9 , 0 XFeCl₃ = (Wikianswers, 2010) kmol 0,027 030 , 0 . 90% r kmol 030 , 0 kg/kmol 22 , 162 kg 4,829 N 3 FeCl3 = = = =

Mis : F3Ca(OH)2 mula-mula = y3 * Mr Ca(OH)2 = B3Ca(OH)2 / XFeCl3 * Mr Ca(OH)2

(8)

2FeCl3(s) + 3Ca(OH)2(aq)  2CaCl2(s) + 3Fe(OH)3(s) M : 0,020 y3 - - B : 0,027 0,040 0,027 0,040

S : 0,002 y3 – 0,040 0,027 0,040

Dari ketiga reaksi di atas diperlukan total jumlah Ca(OH)2 mula- mula sebanyak : 8

Ca(OH)2

F = F_Ca(OH)210 = F1Ca(OH)2 mula-mula + F2Ca(OH)2 mula-mula + F3Ca(OH)2 mula-mula

= [(B1Ca(OH)2 / XMgCl2) + (B2Ca(OH)2 / XHCl) + (B3Ca(OH)2 / XFeCl3)] * MrCa(OH)2

= [(0,229/0,7) + (0,319/0,9) + (0,040/0,9)] * 74,1 = 24,281 + 26,269 + 3,309

= 53,858 kg/jam Neraca massa total :

F7 + F10 = F11 9645,648 + 269,292 = 9914,910

9914,910 kg/jam = 9914,910 kg/jam Neraca massa komponen :

CaCO3 : F_CaCO11 F_CaCO7 31,839kg/jam 3

3 = =

MgCO3 : F_MgCO11 F_MgCO7 3,058kg/jam 3 3 = = MgCl2 : 1 r 2 7 MgCl 11 MgCl F - .r .M MgCl F 2 2 = = 31,205 – 0,229 . 95,23 = 9,361 kg/jam

FeCl3 : F_FeCl11 F_FeCl7 - .r₃ .M_rFeCl₃ 3 3 = = 4,829 – 0,027 . 162,220 = 0,483 kg/jam HCl : F F -r2 .MrHCl 7 HCl 11 HCl = = 25,879 – 0,638 . 36,5 = 2,588 kg/jam

(9)

Ca(OH)2 : 1 r 2 2 r 2 3 r 2 10 Ca(OH) 11 Ca(OH) .r .M Ca(OH) 2 3 Ca(OH) M . r 2 1 Ca(OH) M . r F F 2 2 = − − − = 53,858 – 0,229 . 74,1 - 2 1 . 0,638 . 74,1 - 2 3 . 0,027 . 74,1 = 10,242 kg/jam Mg(OH)2 : 1 r 2 11 Mg(OH) r .M Mg(OH) F 2 = = 0,229 . 58,320 = 13,377 kg/jam Fe(OH)3 : 3 r 3 11 Fe(OH) r .M Fe(OH) F 3 = = 0,027 . 106,87 = 2,863 kg/jam H2O : F F F r2 .MrH2O 10 7 11 O H₂ = + + = 6053,563 + 215,434 + 0,638 . 18,016 = 6280,493 kg/jam CaCl2 : 1 r 2 2 r 2 3 r 2 7 CaCl 11 CaCl .r .M CaCl 2 3 CaCl M . r CaCl M . r F F 2 2 = + + + = 3495,276 + 0,229 . 110,99 + 0,638 . 110,99 + 0,027 . 110,99 = 3560,606 kg/jam

Tabel LA.4 Neraca Massa pada Reaktor Penetral (R-02)

CaCO3 31,839 31,839 MgCO3 3,058 3,058 FeCl3 4,829 0,483 HCl 25,879 2,588 MgCl2 31,205 9,361 CaCl2 3495,276 3560,606 H2O 6053,563 215,434 6280,493 Ca(OH)2 53,858 10,242 Mg(OH)2 13,377 Fe(OH)3 2,863 Subtotal 9645,648 269,292 9914,910 Total 9914,910 9914,910

(10)

A.2.5 Evaporator (FE-01)

Fungsi : Untuk memekatkan CaCl2 dan mengurangi kadar air

Gambar LA.5 Aliran Proses pada Evaporator Asumsi : efisiensi penguapan air evaporator = 80 %

Neraca Massa Total:

F11 = F12 + F13 9914,910 = 5024,394 + 4890,516 9914,910 kg/jam = 9914,910 kg/jam

CaCO3 : F FCaCO11 31,839kg/jam 13

CaCO3 = 3 =

MgCO3: F FMgCO11 3,058kg/jam 13

MgCO3 = 3 =

FeCl3 = 3 =

HCl : F FHCl11 2,588kg/jam 13

HCl = =

CaCl2 : F_CaCl13 F_CaCl11 3560,606kg/jam 2

2 = =

Mg(OH)2 : F_Mg(OH)13 F_Mg(OH)11 13,377kg/jam 2

2 = =

Ca(OH)2 : F_Ca(OH)13 F_Ca(OH)11 10,242kg/jam 2

2 = =

MgCl2 : F_MgCl13 F_MgCl11 9,361 kg/jam 2

2 = =

Fe(OH)3 : F FFe(OH)11 2,863kg/jam 13 Fe(OH)₃ = ₃ = H2O : _H12_O 2 F = 80 % . _H11_O 2 F (13) (11) (12) CaCO3(s) MgCO3(s) FeCl3(s) HCl(aq) MgCl2(s) CaCl2(s) H2O(l) Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) Fe(OH)3(s) CaCO3(s) MgCO3(s) FeCl3(s) HCl(aq) MgCl2(s) CaCl2(s) H2O(l) Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) Fe(OH)3(s) H2O (l)

FE-01

(11)

= 80 % . 6280,493 = 5024,394 kg/jam _H13_O 2 F = _H11_O 2 F – _H12_O 2 F = 6280,493 – 5024,394 = 1256,099 kg/jam

Tabel LA.5 Neraca Massa pada Evaporator (FE-01)

CaCO3 31,839 31,839 MgCO3 3,058 3,058 FeCl3 0,483 0,483 HCl 2,588 2,588 MgCl2 9,361 9,361 CaCl2 3560,606 3560,606 H2O 6280,493 5024,394 1256,099 Ca(OH)2 10,242 10,242 Mg(OH)2 13,377 13,377 Fe(OH)3 2,863 2,863 Subtotal 9914,910 5024,394 4890,516 Total 9914,910 9914,910 A.2.6 Kristalisator (K-01)

Fungsi : Untuk mengkristalkan CaCl2

Gambar LA.6 Aliran Proses pada Kristalisator

Asumsi : Tahap kristalisasi memisahkan senyawa terlarut dan 56,4% air dari alur masuk (15) (13) (14) CaCO3(s) MgCO3(s) FeCl3(s) HCl(aq) MgCl2(s) CaCl2(s) H2O(l) Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) Fe(OH)3(s) CaCO3(s) MgCO3(s) FeCl3(s) HCl(aq) MgCl2(s) CaCl2(s) H2O(l) Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) Fe(OH)3(s) H2O (l)

K-01

(12)

Neraca Massa Total : kg/jam 4890,516 kg/jam 4890,516 491 , 182 4 708,025 4890,516 F F F 13 14 15 = + = + =

CaCO3 = 3 =

MgCO3 = 3 =

FeCl3 : F FFeCl13 0,438kg/jam 15 FeCl3 = 3 = HCl : F F13 2,588kg/jam HCl 15 HCl = =

CaCl2 : F FCaCl13 3560,606kg/jam 15

CaCl2 = 2 =

Mg(OH)2 : F_Mg(OH)15 ₂ = F_Mg(OH)13 ₂ = 13,377kg/jam Ca(OH)2 : F FCa(OH)13 10,242kg/jam

15

Ca(OH)2 = 2 =

MgCl2 : F FMgCl13 9,361 kg/jam 15

MgCl2 = 2 =

Fe(OH)3 : F FFe(OH)13 2,863kg/jam 15 Fe(OH)3 = 3 = H2O : FH142O = 56,4 % . 13 O H2 F = 56,4 % . 1256,099 = 708,025 kg/jam F_H215_O = F_H213_O – F_H214_O = 1256,099 – 708,025 = 548,074 kg/jam

(13)

Tabel LA.6 Neraca Massa pada Kristalisator (K-01)

CaCO3 31,839 31,839 MgCO3 3,058 3,058 FeCl3 0,483 0,483 HCl 2,588 2,588 MgCl2 9,361 9,361 CaCl2 3560,606 3560,606 H2O 1256,099 708,025 548,073 Ca(OH)2 10,242 10,242 Mg(OH)2 13,377 13,377 Fe(OH)3 2,863 2,863 Subtotal 4890,516 708,025 4182,491 Total 4890,516 4890,516

A.2.7 Rotary Dryer (DE-01)

Fungsi : Untuk mengeringkan produk CaCl2

Gambar LA.7 Aliran Proses pada Dryer

Asumsi : efisiensi pengeringan = 72% dengan kadar air produk sebanyak 4% (Tradekey,2010) CaCO3(s) MgCO3(s) FeCl3(s) HCl(aq) MgCl2(s) CaCl2(s) H2O(l) Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) Fe(OH)3(s) (17) (15) (16) CaCO3(s) MgCO3(s) FeCl3(s) HCl(aq) MgCl2(s) CaCl2(s) H2O(l) Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) Fe(OH)3(s) H2O (l)

DE-01

(14)

Neraca Massa Total: kg/jam 2788,345 kg/jam 2788,345 2525,253 263,091 2788,345 F F F15 16 17 = + = + =

CaCO3 = 3 =

MgCO3 = 3 =

FeCl3 = 3 =

HCl : F FHCl15 2,588kg/jam 17

HCl = =

CaCl2 : F FCaCl15 3560,606kg/jam 17

CaCl2 = 2 =

Mg(OH)2 : F FMg(OH)15 13,377kg/jam 17

Mg(OH)2 = 2 = Ca(OH)2 : F_Ca(OH)17 ₂ = F_Ca(OH)15 ₂ = 10,242kg/jam MgCl2 : F FMgCl15 9,361 kg/jam

17

MgCl2 = 2 =

Fe(OH)3 : F FFe(OH)15 2,863kg/jam 17 Fe(OH)3 = 3 = H2O : FH162O = 72 % . 15 O H2 F = 72 % . 548,074 = 394,613 kg/jam _H17_O 2 F = _H15_O 2 F – _H16_O 2 F = 548,074 – 394,613 = 153,461 kg/jam

(15)

Tabel LA.7 Neraca Massa pada Rotary Dryer (DE-01)

CaCO3 31,839 31,839 MgCO3 3,058 3,058 FeCl3 0,483 0,483 HCl 2,588 2,588 MgCl2 9,361 9,361 CaCl2 3560,606 3560,606 H2O 548,073 394,613 153,461 Ca(OH)2 10,242 10,242 Mg(OH)2 13,377 13,377 Fe(OH)3 2,863 2,863 Subtotal 4182,491 394,613 3787,878 Total 4182,491 4182,491

A.2.8 Rotary Cooler (RC-01)

Fungsi : Untuk menurunkan panas dalam produk CaCl2

Gambar LA.7 Aliran Proses pada Rotary Cooler Neraca Massa Total:

kg/jam 3787,878 kg/jam 3787,878 F F17 18 = =

CaCO3 : F FCaCO17 31,839kg/jam 18 CaCO3 = 3 = CaCO3(s) MgCO3(s) FeCl3(s) HCl(aq) MgCl2(s) CaCl2(s) H2O(l) Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) Fe(OH)3(s) (18) (17) CaCO3(s) MgCO3(s) FeCl3(s) HCl(aq) MgCl2(s) CaCl2(s) H2O(l) Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) Fe(OH)3(s)

RC-01

(16)

MgCO3: F_MgCO18 ₃ = F_MgCO17 ₃ = 3,058kg/jam FeCl3 : F_FeCl18 ₃ = F_FeCl17 ₃ = 0,438kg/jam HCl : F_HCl18 = F_HCl17 = 2,588kg/jam CaCl2 : F FCaCl17 3560,606kg/jam

18

CaCl2 = 2 =

Mg(OH)2 = 2 = Ca(OH)2 : F_Ca(OH)18 F_Ca(OH)17 10,242kg/jam

2

2 = =

Fe(OH)3 : F FFe(OH)17 2,863kg/jam 18

Fe(OH)₃ = ₃ =

H2O: F_H218_O = F_H217_O = 153,461 kg/jam

Tabel LA.8 Neraca Massa pada Rotary Cooler (RC-01)

Alur 17 Alur 18 CaCO3 31,839 31,839 MgCO3 3,058 3,058 FeCl3 0,483 0,483 HCl 2,588 2,588 MgCl2 9,361 9,361 CaCl2 3560,606 3560,606 H2O 153,461 153,461 Ca(OH)2 10,242 10,242 Mg(OH)2 13,377 13,377 Fe(OH)3 2,863 2,863 Subtotal 3787,878 3787,878 Total 3787,878 3787,878

(17)

A.2.9 Screening (SC-01)

Fungsi : Mengayak bahan yang keluar dari rotary dryer agar mempunyai diameter partikel yang seragam.

Gambar LA.9 Aliran Proses pada SC-01 Asumsi : Fraksi terayak = 99%

Neraca Massa Total:

kg/jam 3787,878 kg/jam 3787,878 999 , 749 3 37,879 3787,878 F F F18 19 21 = + = + =

CaCO3 : F 0,99 FCaCO18 31,520kg/jam 21 CaCO3 = × 3 = kg/jam 0,318 F x 0,01 F_CaCO19 _CaCO18 3 3 = =

MgCO3: F_MgCO21 0,99 F_MgCO18 3,028kg/jam 3 3 = × = kg/jam 0,031 F 0,01 F_MgCO19 _MgCO18 3 3 = × =

FeCl3 : F_FeCl21 0,99 F_FeCl18 0,478kg/jam 3 3 = × = kg/jam 0,005 F 0,01 F_FeCl19 _FeCl18 3 3 = × = HCl : F 0,99 FHCl18 2,562kg/jam 21 HCl = × = CaCO3(s) MgCO3(s) FeCl3(s) HCl(aq) MgCl2(s) CaCl2(s) H2O(l) Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) Fe(OH)3(s) CaCO3(s) MgCO3(s) FeCl3(s) HCl(aq) MgCl2(s) CaCl2(s) H2O(l) Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) Fe(OH)3(s) CaCO3(s) MgCO3(s) FeCl3(s) HCl(aq) MgCl2(s) CaCl2(s) H2O(l) Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) Fe(OH)3(s)

SC-01

(19) (21) (18)

(18)

kg/jam 0,026 F 0,01 F 18 HCl 19 HCl = × =

CaCl2 : F_CaCl21 ₂ = 0,99×F_CaCl18 ₂ = 3525,000kg/jam kg/jam 36,606 F 0,01 F CaCl18 19 CaCl2 = × 2 =

Mg(OH)2 : F 0,99 FMg(OH)18 13,243kg/jam 21 Mg(OH)2 = × 2 = kg/jam 0,134 F 0,01 F Mg(OH)18 19 Mg(OH)2 = × 2 = Ca(OH)2 : F_Ca(OH)21 0,99 F_Ca(OH)18 10,140kg/jam

2 2 = × = kg/jam 0,102 F 0,01 F_Ca(OH)19 _Ca(OH)18 2 2 = × = MgCl2 : F_MgCl21 0,99 F_MgCl18 9,268 kg/jam 2 2 = × = kg/jam 0,094 F 0,01 F_MgCl19 _MgCl18 2 2 = × =

Fe(OH)3 : F 0,99 FFe(OH)18 2,835kg/jam 21 Fe(OH)₃ = × ₃ = kg/jam 0,029 F 0,01 F_Fe(OH)19 _Fe(OH)18 3 3 = × = H2O : FH212O = 0,99 × 18 H2 F _O = 151,926 kg/jam _H19 2 F _O = 0,01 × _H18 2 F _O = 1,535 kg/jam Tabel LA.9 Neraca Massa SC-01

CaCO3 31,839 0,318 31,520 MgCO3 3,058 0,031 3,028 FeCl3 0,483 0,005 0,478 HCl 2,588 0,026 2,562 MgCl2 9,361 0,094 9,268 CaCl2 3560,606 35,606 3525,000 H2O 153,461 1,535 151,926 Ca(OH)2 10,242 0,102 10,140 Mg(OH)2 13,377 0,134 13,243 Fe(OH)3 2,863 0,029 2,835 Subtotal 3787,878 37,879 3749,999 Total 3787,878 3787,878

(19)

A.2.10 Ball Mill (BM-01)

Fungsi : Menghancurkan bahan yang tidak lolos dari screening

Gambar LA.10 Aliran Proses pada Ball Mill (BM-01) Neraca Massa Total:

kg/jam 37,879 kg/jam 37,879 F F19 20 = = Neraca Massa Komponen:

CaCO3 = 3 =

MgCO3: F_MgCO20 ₃ = F_MgCO19 ₃ = 0,031kg/jam FeCl3 : F FFeCl19 0,005kg/jam

20

FeCl3 = 3 =

HCl : F_HCl20 = F_HCl19 = 0,026kg/jam CaCl2 : F FCaCl19 35,606kg/jam

20

CaCl2 = 2 =

Mg(OH)2 = 2 = Ca(OH)2 : F_Ca(OH)20 F_Ca(OH)19 0,102kg/jam

2

2 = =

Fe(OH)3 : F FFe(OH)19 0,029kg/jam 20 Fe(OH)₃ = ₃ = H2O : FH220O = 19 H2 F _O = 1,535 kg/jam CaCO3(s) MgCO3(s) FeCl3(s) HCl(aq) MgCl2(s) CaCl2(s) H2O(l) Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) Fe(OH)3(s) CaCO3(s) MgCO3(s) FeCl3(s) HCl(aq) MgCl2(s) CaCl2(s) H2O(l) Ca(OH)2(s) Mg(OH)2(s) Fe(OH)3(s) (20)

BM-01

(19)

(20)

Tabel LA.10 Neraca Massa pada BM-01

Alur 19 Alur 20 CaCO3 0,318 0,318 MgCO3 0,031 0,031 FeCl3 0,005 0,005 HCl 0,026 0,026 MgCl2 0,094 0,094 CaCl2 35,606 35,606 H2O 1,535 1,535 Ca(OH)2 0,102 0,102 Mg(OH)2 0,134 0,134 Fe(OH)3 0,029 0,029 Total 37,879 37,879

(21)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Basis Perhitungan : 1 jam operasi Satuan operasi : KJ/ jam Temperatur Referensi : 250C

Kapasitas produk : 30.000 ton/tahun LB.1 Perhitungan Kapasitas Panas

a) Data perhitungan Cp

Cp x,T = a + bT + cT2 + dT3 + eT4

Tabel LB.1 Nilai konstanta untuk ∫CpdT (KJ/mol.OC)

Fasa Komponen 103A 105B 108C 1012D Gas H2O 33,46 0,688 0,7604 -3,593 CO2 36,11 4,233 -2,887 7,464 Udara 28,94 0,4147 0,319 -1,965 Cair HCl 29,13 -0,1341 0,9715 -4,335 H2O 75,4 - - - Padat CaCO3 82,34 4,975 -12,87 - MgCl2 72,4 1,58 - - Ca(OH)2 89,5 - - - Sumber : Felder,R.M.&Rosseau, R.W, 2005 b) Nilai Cp untuk perhitungan neraca energi Tabel LB.2 Nilai Cp untuk perhitungan neraca energi

Fasa Komponen Cp ( kJ/mol.OC)

Gas Steam 3,47.10-3+1,45.10-6T+0,121-8T3 Padat

MgCO3 16,9

CaCl2 16,9 + 0,00386 T

Mg(OH)2 18,2

Sumber : Reid, 1977 ; Perry, 1999

c) Perhitungan Cp dengan menggunakan metode estimasi

Perhitungan estimasi kapasitas panas padatan dengan menggunakan hukum Kopp (Perry, 1999) :

Cp = ∑ 𝐍𝐍𝐍𝐍𝐧𝐧_𝐍𝐍₌_𝟏𝟏 .∆𝐄𝐄𝐍𝐍 Dimana :

Cp = Kapasitas panas (kJ/mol.OC)

(22)

Ni = Jumlah unsur atom i dalam senyawa

∆Ei = Nilai konstribusi unsur atom i pada tabel LB.4 (kJ/kmol.OC) Tabel LB.3 Kontribusi unsur atom urntuk estimasi kapasitas panas padatan

Komponen ∆E (kJ/kmol.OC) C 10,89 H 7,56 O 13,42 Fe 29,08 Cl 14,69 Sumber : Perry, 1999 1. Menghitung Cp FeCl3 pada suhu 28OC :

Cp = ∆EFe + 3∆ECl = 29,08 + 3.(14,69) = 73,15 kJ/kmol.K

2. Menghitung Cp Fe(OH)3 pada suhu 28OC : Cp = ∆EFe + 3∆EO + 3∆EH

= 29,08 + 3.(13,42) + 3.(7,56) = 92,02 kJ/kmol.K

LB.2 Data Panas Pembentukan untuk tiap senyawa Tabel LB.4 Nilai ∆Hf untuk tiap senyawa

Komponen ∆Hf (kkal/kmol) CO2 -94,052 Udara 0 HCl -39,85 H2O -68,3174 CaCO3 -289,5 MgCl2 -153,22 Ca(OH)2 -235,58 MgCO3 -261,7 CaCl2 -190,6 Mg(OH)2 -221,9 FeCl3 -96,4 Fe(OH)3 -197,3 Sumber : Perry, 1999

(23)

LB.3 Data Panas Pelarutan untuk tiap senyawa Tabel LB.5 Panas pelarutan

Komponen ∆Hpelarutan (kJ/kmol)

HCl 74,8

Ca(OH)2 16,2

FeCl3 -31,7

MgCl2 -8,68

CaCl2 82,9

Sumber : Martinez, 1995 ; Perry, 1999 LB.4 Perhitungan Neraca Energi

Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: Perhitungan panas yang masuk dan keluar:

∫

° = = = T C 25 T p i i 1 .dT n.C H Q (Smith&VanNess,1975)

Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) : 3 2 _dT cT bT a Cp = + + +

Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :

) ( 4 ) ( 3 ) ( 2 ) ( ₂ ₁ ₂2 ₁2 ₂3 ₁3 ₂4 ₁4 2 1 T T d T T c T T b T T a CpdT T T − + − + − + − =

∫

Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah :

∫

2 =

∫

+ ∆ + 2 1 1 T T v T T T T Vl l b b dT Cp H dT Cp CpdT

Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :

∫

− + ∆ = 2 1 2 1 T T in T T out r(T) N CpdT N CpdT H r dt dQ

(24)

(2) (1) (3) 28oC 30oC 29,694oC B1. Tangki Pelarutan HCl (DT-01) • Kondisi Masuk:

- Alur masuk = Alur 1 dan Alur 2 - Komponen masuk = HCl dan H2O - Temperatur referensi = 25oC

- Temperatur alur 1 = 30oC - Temperatur alur 2 = 28oC

Kalor yang masuk ke reaktor dapat dihitung dengan:

dQ dT =n ∫Cp dT Untuk HCl: QHCl = (2348,701:36,5)x[29,13x10-3x(30-25) – 0,1341x10-5/2x(302-252) + 0,9714x10 -8 /3x(303-253) – 4,335x10-12](304-254)]

Untuk perhitungan H2O digunakan cara yang sama dengan perhitungan HCl. Tabel LB.6 Panas alur 1 pada T = 30oC

Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) HCl 2348.701 64.348 145.502 9362.758 H2O 3999.140 221.977 377.000 83685.379 Jumlah 93048,137

Tabel LB.7 Panas alur 2 pada T = 28oC Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) H2O 1481,163 82,214 226,200 18596,751 Jumlah 18596,751 H2O HCl 37% H2O 63% HCl 30% H2O 70%

DT-01

(25)

HCl 30% H2O 70% _CO2 CaCO3 MgCO3 FeCl3 HCl MgCl2 CaCl2 H2O (5) (3) (6) (7) 30oC 29,694oC 32oC 32oC • Kondisi Keluar

- Alur keluar = Alur 3 - Komponen keluar = HCl dan air - Temperatur referensi = 25oC

Diketahui ΔH pelarutan HCl adalah 74,8 kJ/kmol

�� 𝐍𝐍𝐍𝐍𝐱𝐱 � 𝐂𝐂𝐡𝐡𝐝𝐝𝐝𝐝�

𝐍𝐍𝐧𝐧+𝚫𝚫𝚫𝚫𝐡𝐡𝐩𝐩𝐩𝐩𝐩𝐩𝚫𝚫𝐩𝐩𝐟𝐟𝐩𝐩𝐧𝐧𝐱𝐱𝐍𝐍𝚫𝚫𝐂𝐂𝐩𝐩= �� 𝐍𝐍𝐍𝐍𝐱𝐱 � 𝐂𝐂𝐡𝐡𝐝𝐝𝐝𝐝�𝐨𝐨𝐩𝐩𝐟𝐟 Dengan menggunakan trial error, diperoleh temperatur keluar sebesar 29,694oC Tabel LB.8 Panas alur 3 pada T = 29,694oC

Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) HCl 2348,701 64,348 136,606 8790,306 H2O 5480,303 304,191 353,948 107667,812 Jumlah 116458,118 B2. Reaktor Asam (R-01)

Reaksi yang terjadi:

CaCO3 + 2 HCl  CaCl2 + H2O + CO2 MgCO3 + 2 HCl  MgCl2 + H2O + CO2 R1 = 31,492 kmol/jam

R2 = 0,328 kmol/jam

∆HR1 (250C, 1atm) = ∆Hf CaCl2 + ∆Hf H2O + ∆Hf CO2 - ∆Hf CaCO3 -2.∆Hf HCl CaCO3 MgCO3 FeCl3

R-01

Kondensat 99,6oC, 1 bar Saturated Steam 99,6oC, 1 bar

(26)

= 67,909 kJ/kmol

∆H R2 (250C, 1atm) = ∆Hf MgCl2+ ∆Hf H2O + ∆Hf CO2 - ∆Hf MgCO3 -2.∆Hf HCl = 107,992 kJ/kmol

• Kondisi Masuk

- Alur masuk = Alur 3 dan Alur 5

- Komponen masuk = CaCO3, MgCO3, FeCl3, HCl, H2O - Temperatur referensi = 25oC

- Temperatur alur 3 = 29,694oC - Temperatur alur 4 = 30oC

Pada Tabel LB.8 diketahui bahwa panas alur 3 adalah 116458,118 kJ/jam Tabel LB.9 Panas alur 5 pada T = 30oC

Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) CaCO3 3183,854 31,810 418,053 13298,217 MgCO3 30,583 0,364 84,500 30,765 FeCl3 4,829 0,030 365,750 10,888 Jumlah 13339,870 • Kondisi Keluar

- Alur keluar = Alur 6 dan Alur 7

- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, FeCl3, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, CO2 - Temperatur referensi = 25oC

- Temperatur alur 6 = 32oC - Temperatur alur 7 = 32oC

Tabel LB.10 Panas alur 6 pada T = 32oC

Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) CO2 1402,622 31,878 261,051 8321,727 Jumlah 8321,727

(27)

(8) (9) (10) 30oC 28oC 26,012oC Tabel LB.11 Panas alur 7 pada T = 32oC

Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) CaCO3 31,839 0,318 585,570 186,272 MgCO3 3,058 84,000 118,300 9937,200 FeCl3 4,829 0,030 512,050 15,243 HCl 25,879 0,709 203,697 144,424 MgCl2 31,205 0,328 509,952 167,101 CaCl2 3495,276 31,492 119,070 3749,732 H2O 6053,563 336,010 527,800 177346,278 Jumlah 191546,251 dQ/dT = 191546,251+ 8321,727- 13339,870- 116458,118+(31,492x67,909)+ (0,328x107,992) = 72244,002 kJ/jam

Sebagai media pemanas, dibutuhkan saturated steam yang masuk pada 1 bar dan 99,6oC. Kondensat keluar pada suhu 99,6oC dan tekanan 1 bar. Jumlah steam yang dibutuhkan,

dimana λadalah 2257,9 kJ/kg: m = dQ/dT λ m = = kJ/kg 2257,9 kJ/jam 72244,002 32,756 kg/jam

B3. Tangki Pelarutan Ca(OH)2 (DT-02)

• Kondisi Masuk:

- Alur masuk = Alur 1 dan Alur 2 - Komponen masuk = Ca(OH)2 dan H2O - Temperatur referensi = 25oC - Temperatur alur 8 = 30oC - Temperatur alur 9 = 28oC Ca(OH)2 H2O Ca(OH)2 20% H2O 80%

DT-02

(28)

Tabel LB.12 Panas pada alur 8 pada T = 30oC Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) Ca(OH)2 53,858 1,224 447,500 547,760 Jumlah 547,760

Tabel LB.13 Panas pada alur 9 pada T = 28oC Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) H2O 215,434 2,016 226,200 455,986 Jumlah 455,986 • Kondisi Keluar:

- Alur keluar = Alur 10

- Komponen keluar = Ca(OH)2 dan H2O - Temperatur referensi = 25oC

Diketahui ΔH pelarutan Ca(OH)2 adalah 16,2 kJ/kmol

�� 𝐍𝐍𝐍𝐍𝐱𝐱 � 𝐂𝐂𝐡𝐡𝐝𝐝𝐝𝐝�

𝐍𝐍𝐧𝐧+𝚫𝚫𝚫𝚫𝐡𝐡𝐩𝐩𝐩𝐩𝐩𝐩𝚫𝚫𝐩𝐩𝐟𝐟𝐩𝐩𝐧𝐧𝐱𝐱𝐍𝐍𝐂𝐂𝐩𝐩(𝐎𝐎𝚫𝚫)𝟐𝟐 = �� 𝐍𝐍𝐍𝐍𝐱𝐱 � 𝐂𝐂𝐡𝐡𝐝𝐝𝐝𝐝�𝐨𝐨𝐩𝐩𝐟𝐟 Dengan menggunakan trial error,diperoleh temperatur keluar sebesar 26,012oC. Tabel LB.14 Panas pada alur 10 pada T = 26,012oC

Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) Ca(OH)2 53,858 1,224 90,597 110,895 H2O 215,434 11,958 76,324 912,682 Jumlah 1023,577

(29)

(7) (10) (11) CaCO3 MgCO3 FeCl3 HCl MgCl2 CaCl2 H2O Ca(OH)2 20% H2O 80% 32oC 32oC 26,012oC B4. Reaktor Penetral (R-02)

Reaksi yang terjadi:

MgCl2 + 2 Ca(OH)2  CaCl2 + Mg(OH)2 HCl + Ca(OH)2  CaCl2 + H2O

FeCl3 + Ca(OH)2  CaCl2 + Fe(OH)3 R1 = 0,229 kmol/jam

R2 = 0,638 kmol/jam R3 = 0,027 kmol/jam

∆HR1 (250C, 1atm) = ∆Hf CaCl2 + ∆Hf Mg(OH)2 - ∆Hf MgCl2 -∆Hf Ca(OH)2 = -99,161 kJ/kmol

∆HR2 (250C, 1atm) = ∆Hf CaCl2 + 2.∆Hf H2O - 2.∆Hf HCl -∆Hf Ca(OH)2

= -50,019kJ/kmol

∆HR3 (250C, 1atm) = 3.∆Hf CaCl2 + 2.∆Hf Fe(OH)3 -2.∆Hf FeCl3 -3.∆Hf Ca(OH)2 = -297,742 kJ/kmol

• Kondisi Masuk

- Alur masuk = Alur 7 dan Alur 10

- Komponen masuk = CaCO3, MgCO3, FeCl3, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2 - Temperatur referensi = 25oC

- Temperatur alur 7 = 32oC - Temperatur alur 10 = 26,012oC

Pada Tabel LB.11 diketahui bahwa panas alur 7 adalah 191546,251 kJ/jam Pada Tabel LB.14 diketahui bahwa panas alur 10 adalah 1023,577 kJ/jam • Kondisi Keluar

CaCO3 MgCO3 FeCl3 HCl MgCl2 CaCl2 H2O Ca(OH)2 Mg(OH)2 Fe(OH)3

R-02

(30)

- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, FeCl3, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2, Fe(OH)3

- Temperatur referensi = 25oC - Temperatur alur 11 = 32oC

Tabel LB.15 Panas pada alur 11 pada T = 32oC Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) CaCO3 31,839 0,318 585,570 186,272 MgCO3 3,058 0,036 118,300 4,307 FeCl3 0,483 0,003 512,050 1,525 HCl 2,588 0,071 203,697 14,443 MgCl2 9,361 0,098 509,952 50,128 CaCl2 3560,606 32,080 119,070 3819,818 H2O 6280,493 348,606 527,800 183994,461 Ca(OH)2 10,242 0,138 626,500 86,594 Mg(OH)2 13,377 0,229 127,400 29,222 Fe(OH)3 2,863 0,027 644,140 17,256 Jumlah 188204,025 dQ/dT = 188204,025-191546,251-1023,577+(-99,161*0,229)+(-50,019*0,638)-(-279,742*0,027) = -4428,462 kJ/jam

(31)

32oC 115oC 115oC (11) (12) (13) B5. Evaporator (FE-01) • Kondisi Masuk

- Alur masuk = Alur 11

- Komponen masuk = CaCO3, MgCO3, FeCl3, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2, Fe(OH)3

Pada Tabel LB.15 diketahui panas pada alur 11 pada 32oC adalah 188204,025 kJ/jam • Kondisi Keluar

- Alur keluar = Alur 12 dan 13

- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, FeCl3, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2, Fe(OH)3

- Temperatur referensi = 25oC - Temperatur alur 12 = 115oC - Temperatur alur 13 = 115oC

Tabel LB.16 Panas pada alur 12 pada T = 115oC

Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) m x ∆H_VL (kJ/jam) H2O(g) 5024,394 278,885 3058,403 852942,908 11135715,154 Jumlah 852942,908 11135715,154 CaCO3 MgCO3 FeCl3 HCl MgCl2 CaCl2 H2O Ca(OH)2 Mg(OH)2 Fe(OH)3 CaCO3 MgCO3 FeCl3 HCl MgCl2 CaCl2 H2O Ca(OH)2 Mg(OH)2 Fe(OH)3 H2O Superheated Steam 150oC 1 bar Saturated Steam 99,6oC 1 bar

FE-01

(32)

Tabel LB.17 Panas pada alur 13 pada T = 115oC Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) CaCO3 31,839 0,318 7659,450 2436,499 MgCO3 3,058 0,036 1521,000 55,372 FeCl3 0,483 0,003 6583,500 19,602 HCl 2,588 0,071 2617,937 185,622 MgCl2 9,361 0,098 6615,540 650,300 CaCl2 3560,606 32,080 1545,318 49574,453 H2O 1256,099 69,721 6786,000 473128,764 Ca(OH)2 10,242 0,138 8055,000 1113,351 Mg(OH)2 13,377 0,229 1638,000 375,712 Fe(OH)3 2,863 0,027 8281,800 221,866 Jumlah 527761,541 dQ/dT = 527761,541+ 852942,908+ 11135715,154- 188204,025 = 12328215,579 kJ/jam

Sebagai media pemanas, dibutuhkan superheated steam yang masuk pada 1 bar dan 1500C. Saturated steam keluar pada suhu 99,6oC dan tekanan 1 bar. Jumlah steam yang dibutuhkan, dimana ∫CpdT steam = 3,47.10-3+1,45.10-6T+0,121-8T3 adalah :

m = CpdT / ∫ dT dQ m = × = 1000gr/kg kg/kmol 18,016 kJ/kmol 348,504 kJ/jam 79 12328215,5 637,310 kg/jam

(33)

115oC 40oC 40oC B6. Kristalisator (K-01)

• Kondisi Masuk

- Alur masuk = Alur 13

- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, FeCl3, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2, Fe(OH)3 , H2O

- Temperatur referensi = 25oC - Temperatur alur 14 = 40oC - Temperatur alur 15 = 40oC

Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) m x ∆HVL H2O(g) 708,025 39,300 505,375 19861,118 1703989,607 Jumlah 19861,118 1703989,607 CaCO3 MgCO3 FeCl3 HCl MgCl2 CaCl2 H2O Ca(OH)2 Mg(OH)2 Fe(OH)3 CaCO3 MgCO3 FeCl3 HCl MgCl2 CaCl2 H2O Ca(OH)2 Mg(OH)2 Fe(OH)3 H2O (13) (14) (15) Udara Pendingin 5oC Udara Pendingin 30oC

K-01

(34)

Tabel LB.19 Panas pada alur 15 pada T = 40oC Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) -∆Hs*n CaCO3 31,839 0,318 1257,278 399,945 MgCO3 3,058 0,036 253,500 9,229 FeCl3 0,483 0,003 1097,250 3,267 94,385 HCl 2,588 0,071 436,451 30,946 -5303,627 MgCl2 9,361 0,098 1093,703 107,510 853,444 CaCl2 3560,606 32,080 255,382 8192,754 -2659466,956 H2O 548,073 30,421 1131,000 34406,670 Ca(OH)2 10,242 0,138 1342,500 185,559 -2239,142 Mg(OH)2 13,377 0,229 273,000 62,619 Fe(OH)3 2,863 0,027 1380,300 36,978 Jumlah 43435,475 -2666061,896 dQ/dT = 43435,475 + 19861,118+1703989,607-2666061,896- 527761,541 = -1426537,238 kJ/jam Data operasi: a) Udara Tin = 50C Tout = 300C

Hin = 0,01 kg H2O/kg udara (asumsi) b) Cairan Terlarut

Laju Alir = 4890,516 kg/jam Tin = 1150C

Tout = 400C Neraca Bahan

GHin + LsXin = GHout + LsXout Dimana :

G = Laju alir udara, kg/jam udara kering Ls = Laju alir zat padat, kg/jam

H = Kelembaban udara, massa uap per satuan massa udara kering X = Kandungan kebasahan-bebas, massa air per satuan massa zat total

(35)

Dari persamaan di atas, maka: 0,01G + (4890,516× 0,26) = GHout + (4890,516× 0,131) 0,01G + 630,877 = GHout (Pers. 1) Neraca Panas Q H L GH H L GH s sout out G in s s in G + = + +

a) Entalpi Cairan Terlarut Hs = CpS(Ts-To)+XCpA(Ts-To) Dimana :

Hs = Entalpi cairan terlarut, kJ/kg CpS = Kalor jenis cairan terlarut, kJ/kg0C CpA = Kalor jenis air, kJ/kg0C

X = Kandungan kebasahan-bebas, massa air per satuan massa zat total Ts = Suhu cairan terlarut, 0C

To = Suhu referensi, 0C i) Cairan Terlarut Masuk

Hsin = CpS(Tsin-To)+XinCpA(Tsin-To)

= 1,201 (115 - 0) + 0,26 × 4,186 (115 - 0) = 263,276 kJ/kg

ii) Kristal Keluar

Hsout = CpS(Tsout-To)+XoutCpA(Tsout-To)

= 1,201 (40 - 0) + 0,131 × 4,186 (40 - 0) = 69,975 kJ/kg

b) Entalpi Udara : HG = CS(TG-To) + Hλo Dimana :

HG = Entalpi udara, kJ/kg udara kering

H = Kelembaban udara, massa uap per satuan massa udara kering λo = Kalor laten air pada suhu referensi, kJ/kg

CS = Kalor lembab, 1,005 + 1,88H kJ/kg0C TG = Suhu cairan terlarut, 0C

(36)

i) Udara Masuk

HGin = CSin(TGin-To) + Hinλo

= (1,005+1,88×0,01)×(5-0) + (0,01×2501,4) = 30,133 kJ/kg

ii) Udara Keluar

HGout = CSout(TGout-To) + Houtλo

= (1,005+1,88Hout)×(30-0) + (Hout×2501,4)

= 30,15+2557,8Hout (Pers. 2) Substitusi pers.2 dan pers.1 ke persamaan neraca panas

G(30,133)+(4890,516×263,276)=G(30,15+2557,8xHout)+(4890,516×69,459)– 1426537,238 2371878,871 – 0,017G = 2557,8GHout 1581291,978 – 0,017G = 2557,8x(0,01G + 630,877) 25,595G = 758221,681 G = 29623,820 bkg/jam udara Hout diperoleh dari substitusi nilai G ke pers.1, maka:

0,01(29623,820) + 630,877 = (29623,8209)Hout

(37)

40oC

110oC

110oC B7. Rotary Dryer (DE-01)

• Kondisi Masuk

- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, FeCl3, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2, Fe(OH)3 , H2O - Temperatur referensi = 25oC - Temperatur alur 16 = 110oC - Temperatur alur 17 = 110oC CaCO3 MgCO3 FeCl3 HCl MgCl2 CaCl2 H2O Ca(OH)2 Mg(OH)2 Fe(OH)3 CaCO3 MgCO3 FeCl3 HCl MgCl2 CaCl2 H2O Ca(OH)2 Mg(OH)2 Fe(OH)3 H2O (g) (15) (16) (17) Superheated Steam 150oC 1 bar Saturated Steam 99,6oC 1 bar

DE-01

(38)

Tabel LB.20 Panas pada alur 16 pada T = 110oC Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) m x ∆H_VL (kJ/jam) H2O(g) 394,613 21,903 3299,833 72277,799 879986,990 Jumlah 72277,799 879986,990

Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) CaCO3 31,839 0,318 7227,911 2299,225 MgCO3 3,058 0,036 1436,500 52,295 FeCl3 0,483 0,003 6217,750 18,513 HCl 2,588 0,071 2472,457 175,307 MgCl2 9,361 0,098 6244,653 613,842 CaCl2 3560,606 32,080 1458,647 46794,003 H2O 153,461 8,518 6409,000 54592,115 Ca(OH)2 10,242 0,138 7607,500 1051,498 Mg(OH)2 13,377 0,229 1547,000 354,839 Fe(OH)3 2,863 0,027 7821,700 209,540 Jumlah 106161,179 dQ/dT = 106161,179+ 72277,799+ 879986,990 – 43435,475 = 1014990,492 kJ/jam

Sebagai media pemanas, dibutuhkan superheated steam yang masuk pada 1 bar dan 1500C. Saturated steam keluar pada suhu 99,6oC dan tekanan 1 bar. Jumlah steam yang dibutuhkan, dimana ∫CpdT steam = 3,47.10-3+1,45.10-6T+0,121-8T3 adalah :

m = CpdT / ∫ dT dQ m = × = 1000gr/kg kg/kmol 18,016 kJ/kmol 348,504 kJ/jam 1014990,92 52,470 kg/jam

(39)

(17) (18)

110oC 30oC

B8. Rotary Cooler (RC-01)

• Kondisi Masuk

- Komponen masuk = CaCO3, MgCO3, FeCl3, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2, Fe(OH)

- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, FeCl3, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2, Fe(OH) - Temperatur referensi = 25oC - Temperatur alur 18 = 30oC CaCO3 MgCO3 FeCl3 HCl MgCl2 CaCl2 H2O Ca(OH)2 Mg(OH)2 Fe(OH)3 CaCO3 MgCO3 FeCl3 HCl MgCl2 CaCl2 H2O Ca(OH)2 Mg(OH)2 Fe(OH)3 Udara Pendingin 5oC Udara Pendingin 5oC

RC-01

(40)

Tabel LB.22 Panas pada alur 18 pada T = 30oC Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) CaCO3 31,839 0,318 418,053 132,984 MgCO3 3,058 0,036 84,500 3,076 FeCl3 0,483 0,003 365,750 1,089 HCl 2,588 0,071 145,502 10,317 MgCl2 9,361 0,098 364,173 35,798 CaCl2 3560,606 32,080 85,031 2727,822 H2O 153,461 5,679 377,000 2140,983 Ca(OH)2 10,242 0,138 447,500 61,853 Mg(OH)2 13,377 0,229 91,000 20,873 Fe(OH)3 2,863 0,027 460,100 12,326 Jumlah 5147,121 dQ/dT = 5147,121- 106161,179 = -101014,058 kJ/jam Data operasi: a) Udara Tin = 50C Tout = 300C

Hin = 0,01 kg H2O/kg udara (asumsi) b) Cairan Terlarut

Laju Alir = 3787,878 kg/jam Tin = 1100C Tout = 300C Neraca Panas Q H L GH H L GH s sout out G in s s in G + = + +

Asumsi : tidak ada air yang menguap selama pendinginan dengan udara, sehingga Xin = Xout = 0,04 dan Hin = Hout = 0,01 kg H2O/kg udara (Pisecky, 1990)

a) Entalpi Cairan Terlarut Hs = CpS(Ts-To)+XCpA(Ts-To)

(41)

Dimana :

Hs = Entalpi cairan terlarut, kJ/kg CpS = Kalor jenis cairan terlarut, kJ/kg0C CpA = Kalor jenis air, kJ/kg0C

X = Kandungan kebasahan-bebas, massa air per satuan massa zat total Ts = Suhu cairan terlarut, 0C

To = Suhu referensi, 0C i) Cairan Terlarut Masuk

Hsin = CpS(Tsin-To)+XinCpA(Tsin-To)

= 0,313 (110 - 0) + 0,04 × 4,186 (110 - 0) = 52,849 kJ/kg

ii) Kristal Keluar

Hsout = CpS(Tsout-To)+XoutCpA(Tsout-To) = 0,313 (30 - 0) + 0,04 × 4,186 (30 - 0) = 14,413 kJ/kg

b) Entalpi Udara :

HG = CS(TG-To) + Hλo Dimana :

HG = Entalpi udara, kJ/kg udara kering

H = Kelembaban udara, massa uap per satuan massa udara kering λo = Kalor laten air pada suhu referensi, kJ/kg

CS = Kalor lembab, 1,005 + 1,88H kJ/kg0C TG = Suhu cairan terlarut, 0C

To = Suhu referensi, 0C i) Udara Masuk

HGin = CSin(TGin-To) + Hinλo

= (1,005+1,88×0,01)×(5-0) + (0,01×2501,4) = 30,133 kJ/kg

ii) Udara Keluar

HGout = CSout(TGout-To) + Houtλo

= (1,005+1,88 ×0,01)×(30-0) + (0,01×2501,4) = 55,728 kJ/kg

(42)

Persamaan neraca panas : GH L H GH L H Q out s s out G in s s in G + = + + G(30,133) + (3787,878 ×52,849) = G(55,728) + (3787,878 ×14,413) -101014,058 25,595 G = 246604,937 G = 9634,887 kg/jam udara B9. Kompressor (JC-01) • Kondisi Masuk

- Alur masuk = Alur 6 - Komponen masuk = CO2 - Temperatur referensi = 25oC - Temperatur alur 6 = 32oC

- Alur keluar = Alur 22 - Komponen keluar = CO2 - Temperatur referensi= 25oC - Temperatur alur 22 = 35oC

Tabel LB.23 Panas alur 22 pada T = 35oC Komponen m (kg/jam) n (kmol/jam) ∫Cp dT (kJ/kmol) ∑H = n ∫Cp dT (kJ/jam) CO2 1402,622 31,878 373,539 11907,586 Jumlah 11907,586 dQ/dT = 11907,586- 8321,727 = 3585,859 kJ/jam (6) CO2 (l) (22)

JC-01

CO2 (g) T2 = 35oC P2 = 15 atm T1 = 32oC P1 = 1 atm

(43)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERLATAN

C.1 Gudang Penyimpanan Bahan Baku Batu Kapur (TT-01)

Fungsi : Menyimpan bahan baku batu kapur sebelum diproses Bentuk bangunan : Gedung berbentuk persegi-panjang ditutup atap Bahan konstruksi : Dinding : beton

Lantai : aspal Atap : asbes

Jumlah : 1 unit

Kondisi Penyimpanan :

Kondisi ruangan : Temperatur : 30°C Tekanan : 1 atm Kebutuhan : 15 hari

Perhitungan Desain Bangunan :

Bahan baku batu kapur dimasukkan ke dalam karung besar. Digunakan 1 ikatan/karung memuat 20 kg bahan baku batu kapur.

Diperkirakan bahan baku batu kapur terdapat ruang kosong berisi udara sebanyak 30%. Densitas bulk batu kapur = 2655 kg/m³ (Stoneville, 2010)

Jadi, 1 karung memuat :

Volume batu kapur = 20 kg = 0,00753 m³ 2655 kg/m³

Volume udara = 30% (0,00753 m³) = 0,00226 m³ Volume total = 0,00979 m³

Kebutuhan batu kapur = 3219,266 kg/jam

Banyak ikatan/karung yang perlu dalam 15 hari : Jumlah ikatan/karung =

= 57946,779 karung

3219,266 kg/jam x 24 jam/hari x 15 hari 20 kg/karung

(44)

Diambil 57947 karung, maka :

Volume total karung tiap 15 hari = 57947 x 0,00979 = 567,466 m3

Faktor kosong ruangan = 20% dan area jalan dalam gudang = 20%; sehingga: Volume ruang yang dibutuhkan = (1,4) 567,466 = 794,452 m3

Bangunan diperkirakan dibangun dengan ukuran: Panjang (p) = lebar (l) = 2 x tinggi (t), sehingga:

V = p x l x t 794,452 = 2t.(2t).(t) t = 5,834 m

Jadi ukuran bangunan gedung yang digunakan adalah : Panjang = 11,669 m

Lebar = 11,669 m Tinggi = 5,834 m C.2 Belt Conveyor (C-01)

Fungsi : mengangkut batu kapur menuju crusher (CR-01) Jenis : horizontal belt conveyor

Bahan konstruksi : carbon steel

Kondisi operasi : Temperatur = 30°C

Tekanan = 1 atm

Jarak angkut : 10 m

Laju alir : 3219,2655 kg/jam = 0,894 kg/s Densitas : 2655 kg/m3

Perhitungan daya :

P = 0,0027 m0,82 L (Peters & Timmerhaus, 1991) dengan : m = laju alir (kg/s)

L = jarak angkut (m) Maka : P = 0,0027 (0,894)0,82 10

= 0,025 kW = 0,033 hp Digunakan daya standar 1/4 hp

(45)

Belt Conveyer Laju alir (kg/jam)

Densitas kg/m3 Daya (hp) Daya standar(hp) C-01 0,894 2655 0,033 0.25 C-02 0,894 2655 0,033 0.25 C-03 0,015 2240 0,001 0.25 C-05 1,052 2058,690 0,038 0.25 C.3 Crusher (CR-01)

Fungsi : Menggiling batu kapur menjadi butir-butiran halus. Jenis : roll crusher

Bahan konstruksi : Carbon steel

Jumlah : 1 unit

Kapasitas : 3219,266 kg/jam = 0,894 kg/s Perhitungan daya :

Diperkirakan umpan batu kapur memiliki ukuran berkisar 5 – 20 mm, diambil ukuran (Da) = 15 mm.

Pemecahan primer menggunakan roll crusher dengan ukuran produk yang dihasilkan ukuran (Db) = 0,15 mm

Rasio = Da/Db = 15/0,15 = 100

Daya yang digunakan adalah : (Peters & Timmerhaus, 1991) P = 0,3 ms . R

dengan : ms = laju umpan (kg/s) Maka : P = 0,3 (0,894). 100

= 26,827 kW = 35,976 Hp Digunakan daya standar 40 Hp.

C.4 Tangki Penyimpanan HCl (TT-02)

Fungsi : Untuk menyimpan Asam Klorida Bahan konstruksi : 304 Stainless Steel

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

(46)

Jumlah : 1 unit Kondisi Operasi :

− Temperatur = 30oC

− Tekanan = 1 atm

− Faktor Kelonggaran = 20%

− Laju alir masuk (F) = 6347,841 kg/jam − Densitas Campuran = 1062,785 kg/m3 − Kebutuhan perancangan = 15 hari

Perhitungan : a. Ukuran Tangki Volume larutan (Vl) = (6347,841/ 1062,785) x 15 x 24 = 2150,222 m3 Faktor kelonggaran = 20 % Volume tangki = V1 x 1,2 = 2150,222 x 1,2 = 2580,266 m3

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 1 : 1 Volume Silinder = π/4 x D2Hs = π/4 x D3

Tutup tangki berbentuk ellipsoidal dengan rasio axis major terhadap minor 2 : 1, sehingga: tinggi head (Hh) = 1/6 x D (Brownel & Young, 1959)

Volume tutup (Vh) ellipsoidal = π/4 x D2Hh

= π/4 x D2

(1/6 D)

= π/24 x D3 Vt = Vs + Vh

Vt = (π/4 x D3) + (π/24 x D3) (Brownell & Young, 1959) Vt = 7π/24 x D3 𝐃𝐃𝐍𝐍𝐩𝐩𝐦𝐦𝐩𝐩𝐟𝐟𝐩𝐩𝚫𝚫𝐟𝐟𝐩𝐩𝐧𝐧𝐭𝐭𝐭𝐭𝐍𝐍 = �𝟐𝟐𝟔𝟔𝑽𝑽𝒕𝒕 𝟕𝟕𝝅𝝅 𝟑𝟑 = 𝟑𝟑�𝟐𝟐𝟔𝟔𝒙𝒙𝟐𝟐𝟐𝟐𝟑𝟑𝟐𝟐_{𝟕𝟕𝝅𝝅} ,𝟐𝟐𝟑𝟑𝟑𝟑 = 11,208 m = 441,265 in Tinggi silinder (Hs) = D = 11,208 m

(47)

Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/6 x D

= 1/6 x 11,208 m = 1,868 m Tinggi total tangki (HT) = Hs + Hh = 13,076 m b. Tekanan design

Tinggi bahan dalam tangki (Hc) = (Vl/Vt) x HT

= (2150,222/2580,266) x 13,076 = 10,897 m Phidrostatik = ρ x g x Hc = 1062,785 x 9,8 x 10,897 = 113493,146 Pa = 113,493kPa

Po = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa Faktor kelonggaran = 100%

Pdesign = (1+1) x (Phidrosatik + Po)

= 2 x (214,818)

= 429,636 kPa = 4,240 atm = 61,499 psi c. Tebal dinding tangki (bagian silinder)

Direncanakan menggunakan bahan konstruksi 304 stainless steel (Peters & Timmerhaus, 1991), diperoleh data :

− Joint efficiency (E) : 0,85 − Allowable stress (S) : 18700 psia − Corrosion Allowance (CA) : 0,125 in/tahun − Umur alat (n) direncanakan : 10 tahun − Tebal jaket (dt) = 𝑃𝑃𝑥𝑥𝐷𝐷

2.𝑆𝑆.𝐸𝐸−0,2 𝑃𝑃+𝐶𝐶𝐶𝐶𝑥𝑥𝑛𝑛 (Peters & Timmerhaus, 1991) Dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in)

P = tekanan desain (psi)

R = jari – jari dalam tangki (in) = D/2 S = Allowable working stress

CA = Corrosion allowance

(48)

E = efisiensi sambungan

dt = _{18700 × 0,85}61,499 × 441,265/2₋_{0,6 × 61,499 +}(0,125 × 10) = 2,419 𝑖𝑖𝑛𝑛

Dipilih tebal dinding standar = 2,5 in (Brownell & Young, 1959) d. Tebal Dinding Head

Direncanakan menggunakan bahan konstruksi 304 stainless steel plate (Peters & Timmerhaus, 1991), diperoleh data :

− Joint efficiency (E) : 0,85 − Allowable stress (S) : 18700 psia − Corrosion Allowance (CA) : 0,125 in/tahun − Umur alat (n) direncanakan : 10 tahun − Tebal jaket (dt) = 𝑃𝑃𝑥𝑥𝐷𝐷

n = umur alat yang direncanakan E = efisiensi sambungan

dt = _{2 × 18700 × 0,85}61,499 × 441,265₋_{0,2 × 61,499 +}(0,125 × 10) = 2,416 𝑖𝑖𝑛𝑛

Dipilih tebal dinding standar = 2,5 in (Brownell & Young, 1959) C.5 Pompa Tangki Penyimpanan HCl (P-01)

Fungsi : Untuk memompa asam klorida dari TT-02 ke Tangki Pelarutan HCl (DT-01)

Jenis : Pompa sentrifugal

Jumlah : 1 unit

Bahan Konstruksi : Stainless Steel Kondisi Operasi:

(49)

− Laju alir massa = 2348,701 kg/jam = 1,438 lbm/s − Densitas campuran = 1190 kg/m3 = 62,5 lbm/ft3 − Viskositas campuran = 1,7 cP = 0,001143 lbm/ft.s − Laju alir volumetrik Q = F/ρ = 1,438/62,5 = 0,0230 ft3/s

= 0,0007 m3/s Perhitungan:

a. Perencanaan Pompa

Untuk aliran turbulen (Nre >2100), (Peters & Timmerhaus, 1991) Di,opt = 0,363 × Q0,45×ρ0,13

Untuk aliran laminar ,

Di,opt = 0,133 × Q0,4×µ0,2 (Peters & Timmerhaus, 1991) dengan : Di,opt = diameter optimum (m) ρ = densitas (kg/m3)

Q = laju volumetrik (m3/s) µ = viskositas (cP) Diameter pipa ekonomis, Di,opt:

Di,opt = 0,363 × Q0,45×ρ0,13

= 0,363 (0,0007)0,45 (1190)0,13 = 0,0336 m = 1,3219 in

Dari App. A.5-1, Geankoplis, 2003 dipilih pipa dengan spesifikasi: • Ukuran pipa nominal = 1,5 in

• Schedule pipa = 40

• Diameter dalam (ID) = 1,61 in = 0,134 ft = 0,0414 m • Diameter luar (OD) = 1,9 in = 0,1583 ft = 0,0488 m • Luas penampang dalam (Ai) = 0,01414 ft2

b. Pengecekan bilangan Reynold, NRE

Kecepatan rata – rata, V:

(50)

Bilangan Reynold,

(

)(

)

11946,865 0,001143 0,134 1,6275 62,5 μ D v ρ N_Re = = =

Untuk pipa stainless steel, harga ε = 0,0000415 (Geankoplis, 2003)

Pada NRE = 13922,693 dan ε/D = 0,000015/0,0355 = 0,0004 Diperoleh harga faktor fanning, f = 0,005

c. Menentukan Panjang Ekivalen Total Pipa, ΣL Kelengkapan pipa (Foust, 1980):

− Panjang pipa lurus, L1 = 50 ft

− 1 buah gate valve fully open (L/D= 13) L2 = 1 x 13 x 0,134 = 1,7442 ft

− 2 buah elbow standar 90oC (L/D = 30) L3 = 2 x 30 x 0,134 = 8,05 ft

− 1 buah sharp edge entrance (K= 0,5; L/D= 32) L4 = 1 x 32 x 0,134 = 4,293 ft

− 1 buah sharp edge exit (K=1 ; L/D= 65) L5 = 1 x 65 x 0,134 = 8,721 ft ΣL = L1 + L2 + L3 + L4 + L5 = 50 + 1,7442 + 8,05 + 4,293 + 8,721 = 72,808 ft d. Menentukan Friksi, ΣF ΣF = (4 . f . V2. ΣL)/(2. gc. D) = (4 . 0,005 . 1,6275 2. 72,808)/(2 . 32,174 .0,134) = 0,4468 ft.lbf/lbm

e. Kerja yang diperlukan, Wf

Dari persamaan Bernoulli:

½ α gc (v22 – v12) + g/gc (z2 – z2) + (P2 – P1)/ρ + ΣF + Ws = 0 Dimana v1 = v2; Δv2 = 0; P1 = P2; ΔP = 0

Maka:

(51)

0 + 32,174/32,174 (32,81) + 0 + 0,4468 + Ws = 0 - Ws = 33,2568 ft.lbf/lbm f. Daya Pompa, WP Wp = - Ws. Q. ρ / 550 = 33,2568 x 0,023 x 62,5 /550 = 0,0870 hp Efisiensi pompa 80%

Daya aktual motor = 0,0870/0,8 = 0,1087 hp

Digunakan pompa daya pompa standar 0,25 hp C.6 Pompa Air Bersih (P-02)

Fungsi : Untuk memompa air bersih ke Tangki Pelarutan HCl (DT-01) Jenis : Pompa sentrifugal

Jumlah : 1 unit

Bahan Konstruksi : Commercial Steel Kondisi Operasi:

− Tekanan = 1 atm

− Laju alir massa = 1696,597 kg/jam = 1,039 lbm/s − Densitas campuran = 1000 kg/m3 = 62,5 lbm/ft3 − Viskositas campuran = 0,89 cP = 0,000598 lbm/ft.s − Laju alir volumetrik Q = F/ρ = 1,039/62,5 = 0,0166 ft3/s

= 0,00047 m3/s

Perhitungan pompa air bersih analog dengan perhitungan pompa tangki penampungan HCl (P-01) :

Spesifikasi:

− Di,opt = 0,363 × Q0,45×ρ0,13 = 1,1164 in (Peters & Timmerhaus, 1991) − Pipa (Geankoplis, 2003) :

• Ukuran pipa nominal = 1,5 in • Schedule pipa = 40

(52)

• Diameter dalam (ID) = 1,61 in = 0,134 ft = 0,0414 m

• Diameter luar (OD) = 1,9 in = 0,1583 ft = 0,0488 m • Luas penampang dalam (Ai) = 0,01414 ft2

− V = 1,1757 ft/s − NRe = 16484,04645 − L1 = 50 ft − L2 = 1,7442 ft − L3 = 8,05 ft − L4 = 4,2933 ft − L5 = 8,7208 ft − ∑ L = 72,8083 ft − f = 0,005 (Geankoplis, 2003) − ∑ F = 0,3268 ft.lbf/lbm − Δz = 10 m − ΔP = 0 − -Ws = 33,1364 ft.lbf/lbm − Wp = 0,0626 hp − Daya aktual = 0,0782 hp

− Digunakan pompa daya pompa standar 0,25 hp

C.7 Tangki Pelarutan HCl (DT-01)

Fungsi : Mencampurkan HCl dan H2O untuk membuat larutan HCl 30%

Jenis Konstruksi : Tangki berpengaduk dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

− Tekanan : 1 atm

(53)

− Faktor Kelonggaran : 20%

− Laju alir massa : 7829,004 kg/jam − Densitas campuran : 1050,309 kg/m3 − Viskositas campuran : 1,7 cP Perhitungan: a. Volume Tangki Volume larutan (Vl) = (7829,004 /1050,309) = 178,896 m3 Faktor kelonggaran = 20% Volume Tangki = (1+0,2) * Vl = 1,2 * 178,896 = 214,675 m3 b. Diameter dan Tinggi Tangki

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki: Hs : D = 1 : 1

𝐕𝐕𝐨𝐨𝐩𝐩𝐩𝐩𝐦𝐦𝐩𝐩𝚫𝚫𝐍𝐍𝐩𝐩𝐍𝐍𝐧𝐧𝐝𝐝𝐩𝐩𝚫𝚫= 𝛑𝛑_{𝟔𝟔 𝐃𝐃}𝟐𝟐_𝚫𝚫

𝚫𝚫= 𝛑𝛑_{𝟔𝟔 𝐃𝐃}𝟑𝟑

Tutup dan alas tangki berbentuk ellipsoidal dengan ellipsoidal dengan rasio axis

major terhadap minor 2 : 1, sehingga tinggi head (Hh) = 1/6 D (Brownell & Young,1959) 𝐕𝐕𝐨𝐨𝐩𝐩𝐩𝐩𝐦𝐦𝐩𝐩𝟐𝟐𝐟𝐟𝐩𝐩𝐟𝐟𝐩𝐩𝐡𝐡 (𝐕𝐕𝐡𝐡) 𝐩𝐩𝐩𝐩𝐩𝐩𝐍𝐍𝐡𝐡𝚫𝚫𝐨𝐨𝐍𝐍𝐝𝐝𝐩𝐩𝐩𝐩= 𝛑𝛑_{𝟔𝟔 𝐃𝐃}𝟐𝟐𝚫𝚫𝐡𝐡×𝟐𝟐 =𝛑𝛑_{𝟔𝟔 𝐃𝐃}𝟐𝟐𝟏𝟏 𝟑𝟑 𝐃𝐃×𝟐𝟐 =_{𝟏𝟏𝟐𝟐 𝐃𝐃}𝛑𝛑 𝟑𝟑 Vt = Vs + Vh 𝐕𝐕𝐟𝐟 =𝛑𝛑_{𝟔𝟔 𝐃𝐃}𝟑𝟑₊ 𝛑𝛑 𝟏𝟏𝟐𝟐 𝐃𝐃𝟑𝟑 𝐕𝐕𝐟𝐟 =𝟔𝟔𝛑𝛑_{𝟏𝟏𝟐𝟐 𝐃𝐃}𝟑𝟑

(54)

𝐃𝐃𝐍𝐍𝐩𝐩𝐦𝐦𝐩𝐩𝐟𝐟𝐩𝐩𝚫𝚫𝐝𝐝𝐩𝐩𝐧𝐧𝐭𝐭𝐭𝐭𝐍𝐍 (𝐃𝐃) = �𝟏𝟏𝟐𝟐𝐕𝐕𝐟𝐟 𝟔𝟔𝛑𝛑 𝟑𝟑 = �𝟏𝟏𝟐𝟐×𝟐𝟐𝟏𝟏𝟔𝟔,𝟑𝟑𝟕𝟕𝟐𝟐 𝟔𝟔𝛑𝛑 𝟑𝟑 = 5,896 m = 232,141 in Tinggi silinder (Hs) = D = 5,896 m Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/6 x D

= 0,983 m Tinggi tangki (HT) = Hs + (2 x Hh)

= 5,896 + (2 x 0,983) = 7,862 m

c. Tekanan Design

Tinggi bahan dalam tangki = (Vl/Vt) x HT

= (178,896/214,675) x 7,862 = 6,552 m

Phidrostatik = ρ x g x Hc

= 1050,309 x 9,8 x 6,552 = 67434,972 Pa = 67,435 kPa Po = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa Faktor kelonggaran = 20%

Pdesign = (1+0,2) x (Phidrosatik + Po)

= 1,2 x (67,435 + 101,325)

= 202,512 kPa = 1,999 atm = 28,988 psia d. Tebal dinding tangki (bagian silinder)

Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Carbon steel SA-285 grade C(Peters & Timmerhaus, 1991), diperoleh data :

− Joint efficiency (E) : 0,85 − Allowable stress (S) : 13700 psia − Corrosion Allowance (CA) : 0,125 in/tahun − Umur alat (n) direncanakan : 10 tahun − Tebal silinder (dt) = 𝑃𝑃𝑥𝑥𝑅𝑅

(55)

Dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (psi)

dt = 28,988 × 232,141/2

13700 × 0,85−0,6 × 28,988 +(0,125 × 10) = 1,539 𝑖𝑖𝑛𝑛 Dipilih tebal dinding standar = 2 in (Brownell & Young, 1959)

e. Tebal dinding head

− Joint efficiency (E) : 0,85 − Allowable stress (S) : 13700 psia − Corrosion Allowance (CA) : 0,125 in/tahun − Umur alat (n) direncanakan : 10 tahun − Tebal silinder (dt) = 𝑃𝑃𝑥𝑥𝐷𝐷

P = tekanan desain (psi) D = Diameter tangki (in) S = Allowable working stress CA = Corrosion allowance

dt = _{2 × 13700 × 0,85}27,523 × 202,793₋_{0,2 × 27,523 +}(0,125 × 10) = 1,539 𝑖𝑖𝑛𝑛

Dipilih tebal dinding standar = 2 in (Brownell & Young, 1959) f. Pengaduk (impeller)

(56)

Kecepatan putaran (N) : 60 rpm = 1 rps

Efisiensi motor : 80% (Peters & Timmerhaus, 1991) Pengaduk didesain dengan standar berikut:

Da : Dt = 1 : 3 (Geankoplis, 2003) W : Da = 1 : 5 (Geankoplis, 2003) C : Dt = 1 : 3 (Geankoplis, 2003) 4 Baffle : Dt / J = 12 (Geankoplis, 2003) dimana : Da = diameter pengaduk

Dt = diameter tangki W = lebar daun pengaduk

C = jarak pengaduk dari dasar tangki Jadi:

 Diameter pengaduk (Da) : 1/3 x Dt = 1/3 x 5,896 = 1,965 m  Lebar daun pengaduk (W) : 1/5 x Da = 1/8 x 1,965 = 0,246 m  Tinggi pengaduk dari dasar (C) : 1/3 x Dt = 1/3 x 5,896 = 1,965 m  Lebar baffle (J) : 1/12 x Dt = 1/12 x 5,896 = 0,491 m Daya untuk pengaduk :

𝐁𝐁𝐍𝐍𝐩𝐩𝐩𝐩𝐧𝐧𝐭𝐭𝐩𝐩𝐧𝐧𝐑𝐑𝐩𝐩𝐑𝐑𝐧𝐧𝐨𝐨𝐩𝐩𝐝𝐝 (𝐍𝐍𝐑𝐑𝐩𝐩) =𝐃𝐃𝐩𝐩_𝛍𝛍𝟐𝟐𝐍𝐍𝛒𝛒

=𝟏𝟏,𝟑𝟑𝟑𝟑𝟐𝟐𝟐𝟐_𝟏𝟏×_,_𝟕𝟕𝟏𝟏_/×_{𝟏𝟏𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐}𝟏𝟏𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐,𝟑𝟑𝟐𝟐𝟑𝟑 = 2386654,869

Dari figure 3.4-4 (Geankoplis, 2003) dengan menggunakan kurva 2, untuk pengaduk jenis flat six blade open turbine dengan 4 baffle, diperoleh Np = 3,5

Maka,

𝐏𝐏= 𝐍𝐍𝐡𝐡×𝛒𝛒×𝐍𝐍𝟑𝟑_×_{𝐃𝐃𝐩𝐩}𝟐𝟐

𝐏𝐏= 𝟑𝟑,𝟐𝟐×𝟏𝟏𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐,𝟑𝟑𝟐𝟐𝟑𝟑×𝟏𝟏𝟑𝟑_×_𝟏𝟏_,_{𝟑𝟑𝟑𝟑𝟐𝟐}𝟐𝟐 = 107820,578 Watt = 144,590 HP Effisiensi motor penggerak = 80%

𝐃𝐃𝐩𝐩𝐑𝐑𝐩𝐩𝐦𝐦𝐨𝐨𝐟𝐟𝐨𝐨𝚫𝚫 (𝐏𝐏𝐦𝐦) =𝟏𝟏𝟔𝟔𝟔𝟔_𝟐𝟐_,,𝟐𝟐𝟑𝟑𝟐𝟐_𝟑𝟑 = 𝟏𝟏𝟑𝟑𝟐𝟐,𝟕𝟕𝟑𝟑𝟕𝟕𝚫𝚫𝐏𝐏

(57)

C.8 Reaktor Asam (R-01)

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi pembentukan kalsium klorida dengan penambahan HCl

Jenis : Reaktor tangki berpengaduk

Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C

Jenis pengaduk : flat 6 blade open turbine (turbin datar enam daun) Jenis sambungan : double welded butt joins

Jumlah baffle : 4 buah

Jumlah : 3 unit

Reaksi yang terjadi : CaCO3(s) + 2 HCl(aq) → CaCl2(s) + CO2(g) + H2O(l) Perhitungan:

a. Waktu Tinggal (τ) Reaktor XA = 0,99

𝐂𝐂𝐀𝐀𝐎𝐎= 𝟑𝟑𝟔𝟔_𝟐𝟐_,,_{𝟕𝟕𝟑𝟑𝟏𝟏}𝟑𝟑𝟔𝟔𝟑𝟑=𝟕𝟕,𝟔𝟔𝟔𝟔𝟕𝟕𝐌𝐌 CA = CAO – (CAO x XA) = 7,447 – (7,447 x 0,99) = 0,0368 M

Asam klorida membutuhkan waktu 3 jam bereaksi dengan kalsium klorida untuk berubah menjadi kalsium klorida apabila kondisi operasi pada reaktor tercapai (William, dkk, 2002) τ = 3 jam b. Ukuran Reaktor V = τ. νcampuran = 3 jam . 8639 liter/jam = 25917,953 liter = 25,918 m3 Volume larutan (VL) = 25,918 m3 Faktor kelonggaran = 20%

(58)

Volume tangki (VT) = ( 1 + 0,2 ). VL = 1,2 (25,918) = 31,101 m3

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (HS : DT = 1 : 1)

𝐕𝐕𝐨𝐨𝐩𝐩𝐩𝐩𝐦𝐦𝐩𝐩𝐒𝐒𝐍𝐍𝐩𝐩𝐍𝐍𝐧𝐧𝐝𝐝𝐩𝐩𝚫𝚫=𝛑𝛑_{𝟔𝟔 𝐃𝐃}𝟐𝟐_𝚫𝚫

𝐒𝐒= 𝛑𝛑_{𝟔𝟔 𝐃𝐃}𝟑𝟑

Tutup dan alas tangki berbentuk ellipsoidal dengan ellipsoidal dengan rasio axis

major terhadap minor 2 : 1, sehingga tinggi head (Hh) = 1/6 D (Brownell & Young,1959) 𝐕𝐕𝐨𝐨𝐩𝐩𝐩𝐩𝐦𝐦𝐩𝐩𝟐𝟐𝐟𝐟𝐩𝐩𝐟𝐟𝐩𝐩𝐡𝐡 (𝐕𝐕𝐡𝐡) 𝐩𝐩𝐩𝐩𝐩𝐩𝐍𝐍𝐡𝐡𝚫𝚫𝐨𝐨𝐍𝐍𝐝𝐝𝐩𝐩𝐩𝐩= 𝛑𝛑_{𝟔𝟔 𝐃𝐃}𝟐𝟐𝚫𝚫𝐡𝐡×𝟐𝟐 =𝛑𝛑_{𝟔𝟔 𝐃𝐃}𝟐𝟐_𝐱𝐱𝟏𝟏 𝟑𝟑 𝐃𝐃×𝟐𝟐 =_{𝟏𝟏𝟐𝟐 𝐃𝐃}𝛑𝛑 𝟑𝟑 Vt = Vs + Vh 𝐕𝐕𝐟𝐟 =𝛑𝛑 𝟔𝟔 𝐃𝐃𝟑𝟑+ 𝛑𝛑 𝟏𝟏𝟐𝟐 𝐃𝐃𝟑𝟑 𝐕𝐕𝐟𝐟 =𝟔𝟔𝛑𝛑_{𝟏𝟏𝟐𝟐 𝐃𝐃}𝟑𝟑 𝐃𝐃𝐍𝐍𝐩𝐩𝐦𝐦𝐩𝐩𝐟𝐟𝐩𝐩𝚫𝚫𝐝𝐝𝐩𝐩𝐧𝐧𝐭𝐭𝐭𝐭𝐍𝐍 (𝐃𝐃) = �𝟏𝟏𝟐𝟐𝐕𝐕𝐟𝐟 𝟔𝟔𝛑𝛑 𝟑𝟑 = �𝟏𝟏𝟐𝟐×𝟑𝟑𝟏𝟏,𝟏𝟏𝟐𝟐𝟏𝟏 𝟔𝟔𝛑𝛑 𝟑𝟑 = 3,097 m = 121,922 in Tinggi silinder (Hs) = D = 3,097 m Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/6 x D

= 0,516 m Tinggi tangki (HT) = Hs + (2 x Hh)

= 3,097 + (2 x 0,516) = 4,129 m

c. Tekanan Desain

Tinggi bahan dalam tangki = (Vl/VR) x HT

(59)

= 3,441 m

Phidrostatik = ρ x g x Hc

= 1278,608 x 9,8 x 3,441 = 43118,595 Pa = 43,119 kPa Po = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa Faktor kelonggaran = 20%

Pdesign = (1+0,2) x (Phidrosatik + Po)

= 1,2 x (43,119 + 101,325)

= 173,329 kPa = 1,711 atm = 24,811 psia d. Tebal Dinding Reaktor (bagian silinder)

− Joint efficiency (E) : 0,85 − Allowable stress (S) : 13700 psia − Corrosion Allowance (CA) : 0,125 in/tahun − Umur alat (n) direncanakan : 10 tahun − Tebal silinder (dt) = 𝑃𝑃𝑥𝑥𝑅𝑅

𝑆𝑆.𝐸𝐸−0,6 𝑃𝑃+𝐶𝐶𝐶𝐶𝑥𝑥𝑛𝑛 (Peters & Timmerhaus, 1991) Dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in)

dt = _{13700 × 0,85}24,811 × 121,930/2₋_{0,6 × 24,811 +}(0,125 × 10) = 1,699 𝑖𝑖𝑛𝑛

Dipilih tebal dinding standar = 2 in (Brownell & Young, 1959) e. Tebal Dinding Head