LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

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

Satuan operasi : kilogram (kg)

Bahan baku dan berat molekul yang digunakan (Wikipedia, 2011; Perry, 1999) - 1,3 Butadiene (C4H6) = 54,09 kg/kmol

- Asam Asetat (CH3COOH) = 60,05 kg/kmol - Katalis Amberlyst 15 (C10H10)n.(C8H8O3S)m = 314,403 kg/kmol

- Katalis Nikel = 28 kg/kmol

- Hidrogen (H2) = 2,02 kg/kmol

Produk akhir : n-butyl asetat (C6H12O2) Kapasitas Produksi : 883,8384 kg/jam

Perbandingan Reaktan masuk ke reaktor adalah

Butadiene : asam asetat : katalis = 700 : 3600 : 85 (Gracey, BP dan Norbat, WJK, 2002)

Basis perhitungan = 1121,8237 kg/jam Butadiene di Reaktor

Neraca Massa untuk alat- alat sebelum reaktor : LA.1 Mixer (M-101)

Fungsi : Untuk membuat larutan HCl 1 N

Neraca Massa Total : F7 + F8 = F9 7

8 9

HCl 38%

H2O

(2)

Aktivasi Katalis dengan rasio 100 gram katalis amberlyst : 500 ml HCl 1N (Shakoor, Zaidoon M, et all). Katalis yang digunakan adalah (85/700) x 1121,8237 kg/jam = 136,2215 kg/jam.

Diketahui ρ HCl 38% : 1,18 gr/cm3_{,ρ air : 1 gr/cm}3_{dan ρ HCl 1 N = 1,0134} FtotalHCl 1N = 136,2215 kg/jam x (500ml/100ml) x 1,0134

= 690,2343 kg/jam atau

Volume HCl 1 N yang digunakan adalah 681,1075 L F9HCl 1N = FtotalHCl 1N – F16HCl 1N

= 690,2343 kg/jam – 686,7831 kg/jam = 3,4512 kg/jam

Didalam Mixer ini, akan dibuat HCl 1N. HCl yang tersedia adalah HCl 38% (12,67 N), dari perhitungan maka V1 N1 = V2 N2

V1 . 12,67 = 3,4512 . 1 V1 = 0,2724 L HCl F7 HCl 38% = 0,2724 L x 1,0134 kg/L = 0,2761 kg / jam

Untuk membuat larutan HCl 1 N maka ke dalam Mixer-101 dimasukkan HCl 38 % 0,2761 kg kemudian diencerkan dengan air hingga 3,4512 kg.

Berarti air yang ditambahkan adalah sebanyak = 3,4512 kg/jam – 0,2761 kg /jam = 3,1751 kg/jam

F8H2O = 635,7564 kg/jam

Tabel LA.1 Neraca massa di Mixer 101

Komponen

Alur Masuk Alur Keluar

Alur 7 Alur 8 Alur 9

N F N F N F

(kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam)

HCl 38% 0,00756 0,2761 - - - -

H2O - - 0,1764 3,1751 - -

HCl 1N - - - - 0,0945 3,4512

(3)

LA.2 Mixer (M-102)

Fungsi : Sebagai pengaktivasi dan juga regenerisasi katalis amberlyst 15

Neraca Massa Total = F5 + F9 + F16 + F22 = F 10 F22(C10H10)n.(C8H8O3S)m = 136,2215 kg/jam

F5(C10H10)n.(C8H8O3S)m = Ftotal (C10H10)n.(C8H8O3S)m– F22(C10H10)n.(C8H8O3S)m = (136,2215 -136,2215) kg/jam

= 0 kg/jam

F9 HCl 1N = 0,5% x 690,2343 kg/jam = 3,4512 kg/jam F16 HCl 1N = 99,5% x 690,2343kg/jam = 686,7831 kg/jam F10 total = (136,2215 +3,4512+690,2343) kg/jam

= 826,4558 kg/jam

Tabel LA.2 Neraca Massa di Mixer 102

Komponen

Alur 5 Alur 9 Alur 16 Alur 22 Alur 10

N F N F N F N F N F

kmol/jam kg/jam (kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) kmol/jam (kg/jam) kmol/jam (kg/jam) (C10H10)n.(C8H8O3S)m - - - 0,4333 136,2215 0,4333 136,2215

HCl 1N - - 0,0945 3,4512 18,816 686,7831 - - 18,9105 690,2343

total 826,4558 826,4558

5

9

10

(C10H10)n.(C8H8O3S)m

HCl 1N

(C10H10)n.(C8H8O3S)m HCl 1 N

(4)

LA.3 Filtrasi (P-101)

Fungsi = Memisahkan katalis (C10H10)n.(C8H8O3S)m dari larutan HCl dan tempat pencucian katalis dengan air

Efisiensi = 99,5 %

Massa air pencuci = 3x Massa larutan HCl

Neraca Massa Total = F10 + F11 + F16 = F12 + F17 F10(C10H10)n.(C8H8O3S)m = 136,2215 kg/jam F10HCl 1N = 690,2343 kg/jam F11H2O = 2070,7029 kg/jam Alur 12

F12(C10H10)n.(C8H8O3S)m = 136,2215

F12H2O = 0.005 x 2070,7029 kg/jam = 10,3535 kg/jam Alur 16

F16HCl 1N = 0,995 x F10

= 0,995 x 690,2343 kg/jam = 686,7831 kg/jam Alur 17

F17H2O = F11H2O – F12H2O

= (2070,7029 – 10,3535) kg/jam = 2060,3494 kg/jam F17HCl 1N = F10 HCl 1N = 3,4512 kg/jam

10

17 11

12

(C10H10)n.(C8H8O3S)m HCl 1N

H2O

(C10H10)n.(C8H8O3S)m

H2O

HCl 1 N

(C10H10)n.(C8H8O3S)m 16

(5)

Tabel LA.3 Neraca massa di Filtrasi

Komponen

Alur masuk Alur Keluar

Alur 10 Alur 11 Alur 12 Alur 16 Alur 17

N F N F N F N F N F

(kmol/

jam) (kg/jam)

(kmol/

jam) (kg/jam)

(kmol/

jam) (kg/jam)

(kmol/

jam) (kg/jam)

(kmol/

jam) (kg/jam)

(C10H10)n.(C8H8O3

)m 0,4333 136,2215 - - 0,4333 136,2215 - - - -

HCl 1N 18,9105 690,2343 - - - - 2,1844 686,7831 0,0946 3,4512

H2O - - 115,0391 2070,702 0,5752 10,3535 - - 103,5351 2060,3494

total 2897,1587 2897,1587

LA.4 Rotary Dryer (D-101)

H2O

Neraca Massa Total = F13 = F14 + F18 Alur Masuk 13

F13 (C10H10)n.(C8H8O3S)m = 136,2215 kg/jam F13H2O = 10,3535 kg/jam Alur Keluar

Efisiensi di disc centrifuge adalah 99,5 % F14 (C10H10)n.(C8H8O3S)m = F13 (C10H10)n.(C8H8O3S)m

= 136,2215 kg/jam F18H2O = 0,995 x 10,3535

= 10,3017 F18 H2O = F12 H2O - F14 H2O

= (10,3535 - 10,3017) kg/jam = 0,0518 kg/jam

13 14

18

(C10H10)n.(C8H8O3S)m H2O

H2O

(6)

Komponen

Alur 13 Alur 18 Alur 14

N F N F N F

(C10H10)n.(C8H8O3S)m 0,4333 136,2215 0,4333 136,2215

H2O 0,5752 10,3535 0,5723 10,3017 0,00288 0,0518

Total 146,575 146,575

LA.5 Mix Point 1 (MP-101)

Neraca Massa total = F2 + F20 = F4 F4 = 1121,8237 kg/jam F20 = 292,7831 kg/jam F2 = F4– F20

= (1121,8237 – 292,7831) = 829,0406kg/jam

Tabel LA.5 Neraca Massa di Mix Point 1

Komponen

Alur 2 Alur 20 Alur 4

N F N F N F

C4H6 15,3271 829,0406 5,4129 292,7831 20,7339 1121,8237

total 1121,8237 1121,8237

2

4 20 C4H6

C4H6

(7)

LA.6 Mix Point 1I

Neraca Massa total = F1 + F32 = F3

F3 = 1121,8237 x (3600/700) kg/jam (Gracey, BP dan Norbat, WJK, 2002) = 5769,3792 kg/jam

F32 = 4841,3912 kg/jam F1 = F3– F32

= (5769,3792 – 4841,3912) kg/jam = 927,9879 kg/jam

Tabel LA.6 Neraca Massa di unit Mix Point 2

Komponen

Alur 1 Alur 32 Alur 3

N F N F N F

C2H4O2 15,4536 927,9879 80,6227 4841,3912 96,0763 5769,3792

total 5769,3792 5769,3792

LA.7 Reaktor (R-101)

Fungsi : Mereaksikan antara asam asetat (CH3COOH) dengan butadiene (C4H6) untuk menghasilkan n-butenyl asetat (C6H10O2) dan sec-butenyl asetat (C6H10O2)

15

3

19 P = 1

atm T = 60

o

P = 1 atm T = 60

o

(C10H10)n.(C8H8O3S)

CH3COOH

C4H6

CH3COOH

C4H6

n-C6H10O2

4

1

32

3 C2H4O2

C2H4O2

(8)

Neraca Massa total = F3 + F4 + F15 = F19

Perbandingan reaktan masuk (Gracey, Benjamin Patrick dan Norbat, WJK, 2002) F4 C4H6 = 1121,8237 kg/jam

F3CH3COOH = 5769,3792 kg/jam F15(C10H10)n.(C8H8O3S)m = 136,2215 kg/jam

Konversi reaksi adalah : 0,7377 (Gracey, Benjamin Patrick dan Norbat, WJK, 2002) Reaksi:

2C4H6 + 2C2H4O2 n-C6H10O2 + sec- C6H10O2 Mula : 20,7399 96,0763 - -

Reaksi: 15,2999 15,2999 7,6499 7,6499 Sisa : 5,4401 80,7764 7,6499 7,6499

Konversi= 0,7377

Maka N3C4H6 yang bereaksi = 0,7377 x 20,7399 kmol/jam = 15,2999 kmol/jam

N3C2H4O2 yang bereaksi = 15,2999 kmol/jam Alur 19

N19C4H6 = N4C4H6 – NC4H6 bereaksi

= (20,7399 – 15,2999) kmol/jam = 5,4401 kmol/jam

N19C2H4O2 = N3C2H4O2 – NC2H4O2 bereaksi = (96,0763 – 15,2999) kmol/jam = 80,7764 kmol/jam

N19n-C6H10O2 = (1/2) x 15,2999 kmol/jam = 7,6499 kmol/jam

(9)

Tabel LA.7 Neraca Massa di unit Reaktor

Komponen

Alur masuk Alur Keluar

Alur 4 Alur 3 Alur 15 Alur 19

N F N F N F N F

(kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam)

C4H6 20,7399 1121,8237

5,4401 294,2544

C2H4O2 96,0763 5769,3792 80,7764 4850,6227

n-C6H10O2 7,6499 873,1629

Sec-C6H10O2 7,6499 873,1629

(C10H10)n.(C8H8O3S)m

0,4333 136,2215 0,4333 136,2215

total 7027,4244 _7027,4244

LA.8 Knock Out drum (FG-201)

Fungsi : Untuk memisahkan gas butadiene dari keluaran reaktor untuk direcycle

kembali.

Neraca massa total = F19 = F20 + F21

Efisiensi Knock Out drum adalah 99,5 % (Walas, 1988)

Alur 20 = 0,995 x F20C4H6 = 0,995 x 294,2544 kg/jam = 292,7831kg/jam Alur 21

F21CH3COOH = F19CH3COOH = 4850,6277 kg/jam F21C4H6 = F19C4H6 – F20C4H6

= (294,2544 – 292,7831) kg/jam = 1,4713 kg/jam F21n-C6H10O2 = F19n-C6H10O2 = 873,1629kg/jam

F21sec-C6H10O2 = F19sec-C6H10O2 = 873,1629 kg/jam F21(C10H10)n.(C8H8O3S)m = F

19

(C10H10)n.(C8H8O3S)m = 136,2215 kg/jam 20

21 16

CH3COOH

C4H6

n-C6H10O2

sec-C6H10O2 (C10H10)n.(C8H8O3S)m

CH3COOH

C4H6

n-C6H10O2

sec-C6H10O2 (C10H10)n.(C8H8O3S)m

C4H6

(10)

Tabel LA.8 Neraca massa di Knock Out Drum

Komponen

Alur 19 Alur 20 Alur 21

N F N F N F

C4H6

5,4401

294,2544 5,4129 292,7831 0,0272 1,4713

C2H4O2

80,7764

4.850,6277 - - 80,7764

4.850,6277

n-C6H10O2 7,6499

873,1629 - - 7,6499

873,1629

sec-C6H10O2 7,6499

873,1629 - - 7,6499

873,1629

(C10H10)n.(C8H8O3S)m 0,4333

136,2215 - - 0,4333

136,2215

Total 7.027,4244 7.027,4244

LA.9 Disc Centrifuge (FF-201)

Fungsi : Untuk memisahkan (C10H10)n.(C8H8O3S)m (Katalis Amberlyst 15) dari larutan, sehingga (C10H10)n.(C8H8O3S)m dapat digunakan kembali.

Neraca Massa Total = F21 = F22 + F23 + F24

Katalis Amberlyst yang bisa direcovery pada alur 22 adalah sebesar 99%, sedangkan sisanya yang berupa larutan blood C4H6 dan katalis amberlyst (C10H10)n.(C8H8O3S)m akan dialirkan ke unit utilitas pengolahan limbah. (Moore, W.P , 1964).

Alur 21 dapat dilihat pada tabel LA.6 Alur 22

F25(C10H10)n.(C8H8O3S)m = 0,99 x F21 (C10H10)n.(C8H8O3S)m

= 0,99 x 136,2215 kg/jam = 134,8592 kg/jam 21

23 ₂₄

22 CH3COOH

C4H6

n-C6H10O2

sec-C6H10O2

(C10H10)n.(C8H8O3S)m _CH

3COOH n-C6H10O2

sec-C6H10O2

C4H6

(C10H10)n.(C8H8O3S)m

(11)

Alur 23

F26(C10H10)n.(C8H8O3S)m = F24(C10H10)n.(C8H8O3S)m – F25 (C10H10)n.(C8H8O3S)m = (136,2215 – 134,8592) kg/jam = 1,3622 kg/jam F26C4H6 = F24C4H6 = 1,4713 kg/jam

Alur 24

F24(C10H10)n.(C8H8O3S)m =F21(C10H10)n.(C8H8O3S)m-F23(C10H10)n.(C8H8O3S)m -F24(C10H10)n.(C8H8O3S)m

= (136,2215 – 1,3622 – 134,8592) kg/jam = 0 kg/jam F24C4H6 = F24C4H6 – F26C4H6

= (1,4713 – 1,4713) kg/jam = 0 kg/jam F24CH3COOH = F21CH3COOH = 4850,6277 kg/jam F24n-C6H10O2 = F21n-C6H10O2 = 873,1629 kg/jam F24sec-C6H10O2 = F21sec-C6H10O2 = 873,1629 kg/jam

Tabel LA.9 Neraca Massa Disc centrifuge

Komponen

Alur 21 Alur 23 Alur 22 _{Alur 24}

N F N F N F N F

(kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam)

C4H6 0,0272 1,4713 0.0272 1.4713 - - - -

C2H4O2 80,7764 4850,6277 - - - - 80,7764 4850,6277

n-C6H10O2 7,6499 873,1629 - - - - 7,6499 873,1629

sec-C6H10O2 7,6499 873,1629 - - - - 7,6499 873,1629

(C10H10)n.(C8H8O3S)m 0,4333 136,2215 0.0043 1.3622 0.4289 134,8592 - -

(12)

LA.10 Kolom Destilasi (D-201)

Fungsi : Untuk memisahkan C2H4O2 (asam asetat) dari n-C6H10O2 (n-butenyl asetat) dan sec- C6H10O2 (sec-butenyl asetat) berdasarkan perbedaan titik didih.

D-301 25

29 26

E-303

E-302 30

28

33 31

Laju Alir Mol Masuk

N25C2H4O2 = 80,7764 kmol/jam N25n-C6H10O2 = 7,6499 kmol/jam N25sec-C6H10O2 = 7,6499 kmol/jam

Fraksi mol produk bawah(Bottom) yang diinginkan: N33C2H4O2 = 0,01

N33n-C6H10O2 = 0,495 N33sec-C6H10O2 = 0,495

Fraksi mol produk atas(Destilat) yang diinginkan: N31C2H4O2 = 0,999

N31n-C6H10O2 = 0,0005 N31sec-C6H10O2 = 0,0005

Dari persamaan F = D + W dan Xif.F = Yid.D + Xib.W diperoleh: W = 15,3729 kmol/jam dan D = 80,7034 kmol/jam.

Maka:

N33C2H4O2 =. N31C2H4O2 .N31

CH3COOH n-C6H10O2

sec-C6H10O2

(13)

= 0,01 x 15,3729 kmol/jam = 0,1537 kmol/jam

N33n-C6H10O2 = N33n-C6H10O2. N33

N33sec-C6H10O2 = N33sec-C6H10O2. N33

Laju Alir Mol Produk Atas (N31) N31C2H4O2 = N25C2H4O2 – N33C2H4O2

= 80,7764 kmol/jam – 0,1537 kmol/jam = 80,6227 kmol/jam

N31n-C6H10O2 = N25n-C6H10O2 - N33n-C6H10O2

N31sec-C6H10O2 = N25sec-C6H10O2 - N33sec-C6H10O2

LA.10 Neraca Massa Kolom Destilasi

Komponen

Alur 25 Alur 33 Alur 31

N F N F N F

C2H4O2 80,7764 4.850,6227 0,1537 9,2314 80,6227 4.841,3912

n-C6H10O2 7,6499 873,1629 7,6096 868,5572 0,0404 4,6057

sec-C6H10O2 7,6499 873,1629 7,6096 868,5572 0,0404 4,6057

(14)

... (Yaws, 2007) LA.10.1 Kondensor (E-203)

E-303

26

28 31

Tekanan uap komponen, dapat dihitung berdasarkan persamaan Antoine:

Keterangan:

P = Tekanan (mmHg)

A, B, C = Konstanta Antoine T = Temperatur (oC)

LA.11 Tabel konstanta Antoine

komponen A B C

C2H4O2 7.8152 1800.0300 246.8940 n-C6H10O2 8.0620 2156.3500 272.8900 sec-C6H10O2 8.1003 2188.3200 295.6800 (Sumber: Yaws, 2007)

Suhu Umpan Masuk Kolom Destilasi I

Trial T = 119,732 oC P = 760 mmHg

Tabel LA.12 Suhu Umpan Masuk Kolom Destilasi I

Komponen Xif Pa Ki(Pa/P) Ki.Xif αiF

C2H4O2 0.8408 804.4198 1.0584 0.8899 2.1660 n-C6H10O2 0.0796 371.3828 0.4887 0.0389 1.0000 Sec-C6H10O2 0.0796 679.9383 0.8947 0.0712 1.8308

Total 1.0000 1.0000

sec-C6H10O2

(15)

Dari hasil perhitungan diperoleh harga = 1, maka trial T dapat diterima. Penentuan Titik Embun Destilat

Trial T = 117,921 oC

Tabel LA.13 Titik Embun Kolom Destilasi I

Komponen Yid Pa Ki(Pa/P) Yid/Ki αid(Ki/Kj)

C2H4O2 0,9990 760,5191 1,0007 0,9983 2,1714 n-C6H10O2 0,0005 350,2445 0,4608 0,0011 1,0000 sec-C6H10O2 0,0005 644,7683 0,8484 0,0006 1,8409

Total 1,0000 1,0000

Dari hasil perhitungan diperoleh harga = 1, maka trial T dapat diterima.

Penentuan Titik Gelembung Destilat

Trial T = 132,097 oC

Tabel LA.14 Titik Gelembung Kolom Destilasi I

Komponen Xib Pa Ki(Pa/P) Xib.Ki αib(Ki/Kj)

C2H4O2 0,0100 1163,2356 1,5306 0,0153 2,1289 n-C6H10O2 0,4950 546,3967 0,7189 0,3559 1,0000 sec-C6H10O2 0,4950 965,4670 1,2704 0,6288 1,7670

Total 1,0000 1,0000

Dari hasil perhitungan diperoleh harga = 1, maka trial T dapat diterima. Refluks Minimum Destilat

Umpan masuk berupa cairan yang berada pada titik didihnya, maka q = 1

Sehingga

(16)

Tabel LA.15 Omega Point Kolom Destilasi I

Komponen Xif αiF αiF.Xif αiF-θ (αiF.Xif)/(αiF_θ) -C2H4O2 0.8408 2.1660 1.8211 1.1220 1.6231 n-C6H10O2 0.0796 1.0000 0.0796 -0.0440 -1.8084 sec-C6H10O2 0.0796 1.8308 0.1458 0.7868 0.1853

Total 1.0000 0.0000

Oleh Karena ; sehingga trial θ = 1,04403 dapat diterima. Tabel LA.16 Perhitungan RDm

Komponen Yid αid αid.Yid αid-θ (αid.Yid)/(αid-θ) C2H4O2 0,9990 2,1714 2,1692 1,1274 1,9242 n-C6H10O2 0,0005 1,0000 0,0005 -0,0440 -0,0114 sec-C6H10O2 0,0005 1,8409 0,0009 0,7969 0,0012

Total 1,0000 1,9128

= 1,9128 RDm = 0,9128

RD = LD/D LD = RD x D

Laju Alir Mol Destilat (N31)

Laju Alir Mol Refluks (N28) N28C2H4O2 =. Yid x Ld

(17)

= 73,5922 kmol/jam N28n-C6H10O2 = Yid x Ld

N28sec-C6H10O2 = Yid x Ld

Laju Alir Mol Masuk Kondensor (N26) N26C2H4O2 = N28C2H4O2 + N31C2H4O2

= 73,5922 kmol/jam + 80,6227 kmol/jam = 154,2149 kmol/jam

N26n-C6H10O2 = N28n-C6H10O2 + N31n-C6H10O2

N26sec-C6H10O2 = N28sec-C6H10O2 + N31sec-C6H10O2

= 0,0368 kmol/jam + 0,0404 kmol/jam =0,0772 kmol/jam

Tabel LA. 16 Neraca Massa Kondensor 1

Komponen

Alur 26 Alur 28 Alur 31

N F N F N F

(kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) C2H4O2 154,2149 9260,6026 73,5922 4419,2114 80,6227 4841,3912 n-C6H10O2 0,0772 8,8099 0,0368 4,2041 0,0404 4,6057 sec-C6H10O2 0,0772 8,8099 0,0368 4,2041 0,0404 4,6057

(18)

LA.10.2 Reboiler (E-204)

E-302

30

29 33

Laju Alir Mol Keluar sebagai bottom (N33) N33C2H4O2 = 0,1537 kmol/jam N33n-C6H10O2 = 7,6096 kmol/jam N33sec-C6H10O2 = 7,6096 kmol/jam

Laju alir massa yang dikembalikan ke kolom destilasi

LB = LD + (q x f) ...(Geankoplis,1997) q = 1

LB = 74,0948 kmol/jam + (1 x 96,0763 kmol/jam) = 170,1711kmol/jam

VB = LB– W

Laju alir mol keluar Reboiler

N30C2H4O2 =. Xib x Vb

= 0,01 x 154,7982 kmol/jam = 1,548 kmol

N30n-C6H10O2 = Xib x Vb

= 0,4950 x 154,7982 kmol/jam = 76,6251 kmol

N30sec-C6H10O2 = Xib x Vb

= 0,4950 x 154,7982 kmol/jam = 76,6251 kmol

= 1,5480 kmol/jam + 0,1537 kmol/jam

sec-C6H10O2

(19)

= 1,7017 kmol/jam

Tabel LA.17 Neraca Massa Reboiler 1

Komponen

Alur 29 Alur 30 Alur 33

N F N F N F

(kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) (kmol/jam) (kg/jam) C2H4O2 1,7017 102,1877 1,5480 92,9563 0,1537 9,2314 n-C6H10O2 84,2347 9614,5456 76,6251 8745,9884 7,6096 868,5572

sec-C6H10O2 84,2347 9614,5456 76,6251 8745,9884 7,6096 868,5572

Total 19331,2788 19331,2788

LA.11 Reaktor Hidrogenasi (R-201)

Fungsi : Mereaksikan antara n-C6H10O2 dan sec-C6H10O2 dengan H2 (hidrogen) untuk menghasilkan n-C6H12O2 (n-butyl asetat) dan sec-C6H12O2 (sec-butyl asetat).

Reaktor Hidrogenasi dilengkapi katalis Nikel dengan berat 0,05% umpan masuk(Perry, 1999).

= 0,05% x 1746,3458 kg/jam = 0,8732 kg/jam Neraca Massa Total = F5 + F36 = F37

Laju alir pada F33 dapat dilihat pada tabel LA.16 Ni

sec-C6H10O2

sec-C6H12O2

H2

33

6

(20)

Konversi = 100% Berdasarkan reaksi

(i) n-C6H10O2 + H2 n-C6H12O2 mula 7,6096 7,6096 - reaski 7,6096 7,6096 7,6096 sisa 0 0 7,6096

(ii) sec-C6H10O2 + H2 sec-C6H12O2 mula 7,6096 7,6096 - reaski 7,6096 7,6096 7,6096 sisa 0 0 7,6096

Berdasarkan reaksi, maka jumlah H2 yang dibutuhkan adalah 2 x 7,6096 kmol/jam Atau setara dengan 15,2192 kmol/jam, sehingga

F6H2 = 30,7427 kg/jam

F33n-C6H12O2 = 7,6096 kmol/jam x 116.16 kg/kmol = 883,9286 kg/jam

F35sec-C6H12O2 = 7,6096 kmol/jam x 116.16 kg/kmol = 883,9286 kg/jam

LA.18 Neraca Massa Hidrogenasi

Komponen

Alur masuk Alur keluar

Alur masuk 33 Alur masuk 6 Alur keluar 35

N F N F N F

(Kmol/jam) (kg/jam) (Kmol/jam) (kg/jam) (Kmol/jam) (kg/jam)

C2H4O6 0,1537 9,2314 - - 0,1537 9,2314

n-C6H10O2 7,6096 868,5572 - - - -

sec-C6H10O2 7,6096 868,5572 - - - -

H2 - - 15,2192 30,7427 - -

n-C6H12O2 - - - - 7,6096 883,9286

sec-C6H12O2 - - - - 7,6096 883,9286

(21)

LA.12 Kolom Destilasi (D-202)

Fungsi : Untuk memisahkan n-C6H12O2 (n-butyl asetat) dan sec- C6H12O2 (sec-butyl asetat) berdasarkan perbedaan titik didih.

D-301 35

39 36

E-303

E-302 40

38

42 41

Neraca Massa Total = F35 = F41 + F42

Laju Alir Mol Masuk

Fraksi mol produk bawah(Bottom) yang diinginkan: N42C2H4O2 = 0

N42n-C6H12O2 = 0,995 N42sec-C6H12O2 = 0,005

Fraksi mol produk atas (Destilat) yang diinginkan: N41C2H4O2 = 0,0198

N41n-C6H12O2 = 0,005 N41sec-C6H12O2 = 0,9752

Dari persamaan F = D + W dan Xif.F = Yid.D + Xib.W diperoleh: W = 7,6088 kmol/jam dan D = 7,7641 kmol/jam

sec-C6H12O2

(22)

Maka:

N42C2H4O2 =. N42C2H4O2 .N35 = 0 x 7,6088 kmol/jam = 0 kmol/jam

N42n-C6H12O2 = N42n-C6H12O2. N35

N42sec-C6H12O2 = N42sec-C6H12O2. N35

Laju Alir Mol Produk Atas

N41C2H4O2 = N35C2H4O2 – N42C2H4O2

= 0,1537 kmol/jam – 0 kmol/jam = 0,1537 kmol/jam

N41n-C6H12O2 = N35n-C6H12O2 - N42n-C6H12O2

N41sec-C6H12O2 = N35sec-C6H12O2 - N42sec-C6H12O2

Tabel LA.19 Neraca Massa destilasi 2

Komponen

Alur 35 Alur 41 Alur 42

N F N F N F

C2H4O2 0,1537 9,2314 0,1537 9,2314 - -

n-C6H12O2 7,6096 883,9286 0,0388 4,5094 7,5708 879,4192

sec-C6H12O2 7,6096 883,9286 7,5715 879,5094 0,0380 4,4192

(23)

... (Yaws, 2007) LA 12.1 Kondensor (E-207)

E-303

36

38 41

Tekanan uap komponen, dapat dihitung berdasarkan persamaan Antoine:

Keterangan:

P = Tekanan (mmHg)

A, B, C = Konstanta Antoine T = Temperatur (oC) LA.20 Tabel konstanta Antoine

komponen A B C

C2H4O2 7,8152 1800,0300 246,8940 n-C6H12O2 7,2350 1515,7600 222,0770 sec-C6H12O2 7,3235 1539,5600 234,6040 (Sumber: Yaws, 2007)

Suhu Umpan Masuk Kolom Destilasi II

Trial T = 118,315 oC P = 760 mmHg

Tabel LA.21 Suhu Umpan masuk kolom destilasi II

Komponen Xif Pa Ki(Pa/P) Ki.Xif αiF

C2H4O2 0,0100 769,8980 1,0130 0,0101 1,2718 n-C6H12O2 0,4950 605,3637 0,7965 0,3943 1,0000 sec-C6H12O2 0,4950 914,4063 12032 0,5956 1,5105

Total 1,0000 1,0000

Dari hasil perhitungan diperoleh harga = 1, maka trial T dapat diterima.

sec-C6H12O2

(24)

Penentuan Titik Embun Destilat

Trial T = 112,058 oC

Tabel LA.22 Titik Embun Kolom Destilasi II

Komponen Yid Pa Ki(Pa/P) Yid/Ki αid(Ki/Kj)

C2H4O2 0,0050 631,7109 0,8312 0,0060 1,2644 n-C6H12O2 0,0050 499,6087 0,6574 0,0076 1,0000

sec-C6H12O2 0,9900 762,7843 1,0037 0,9864 1,5268

Total 1,0000 1,0000

Dari hasil perhitungan diperoleh harga = 1, maka trial T dapat diterima. Penentuan Titik Gelembung Destilat

Trial T = 125,09 oC

Tabel LA.23 Titik Gelembung Destilat

Komponen Xib Pa Ki(Pa/P) Xib.Ki αib(Ki/Kj) C2H4O2 0,0198 946,6764 1,2456 0,0247 1,2802 n-C6H12O2 0,9752 739,4636 0,9730 0,9681 1,0000 sec-C6H12O2 0,0050 1104,8575 1,4538 0,0073 1,4941

Total 1,000 1,0000

Dari hasil perhitungan diperoleh harga = 1, maka trial T dapat diterima. Refluks Minimum Destilat

Umpan masuk berupa cairan yang berada pada titik didihnya, maka q = 1

Sehingga

Trialθ = 1,195135

Tabel LA.24 Omega Point Kolom Destilasi II

Komponen Xif αiF αiF.Xif αiF-θ (αiF.Xif)/(αiF-θ) C2H4O2 0,0100 1,2718 0,0127 0,0767 0,1659 n-C6H12O2 0,4950 1,0000 0,4950 -0,1951 -2,5367 sec-C6H12O2 0,4950 1,5105 0,7477 0,3154 2,3709

(25)

Oleh Karena ; sehingga trial θ = 1,195135 dapat diterima. Tabel LA.25 Perhitungan RDm

Komponen Yid αid αid.Yid αid-θ (αid.Yid)/(αid-θ) C2H4O2 0,0050 1,2644 0,0063 0,0693 0,0913 n-C6H12O2 0,0050 1,0000 0,0050 -0,1951 -0,0256 sec-C6H12O2 0,9900 1,5268 1,5115 0,3316 4,5578

Total 1,0000 4,6234

= 4,6234 RDm = 3,6234

RD = LD/D LD = RD x D

= 3,6234 x 7,7641 kmol = 28,1326 kmol

Laju Alir Mol Destilat (N41)

Laju Alir Mol Refluks (N38) N38C2H4O2 =. Yid x Ld

N38n-C6H12O2 = Yid x Ld

N38sec-C6H12O2 = Yid x Ld

(26)

Tabel LA.26 Neraca Massa Kondensor

Komponen

Alur 36 Alur 38 Alur 41

N F N F N F

C2H4O2 0,2944 17,6782 0,1407 8,4468 0,1537 9,2314 n-C6H12O2 0,1795 20,8488 0,1407 16,3394 0,0388 4,5094 sec-C6H12O2 35,6760 4.144,1283 28,1045 3264,61

9 7,5715

879,509 4

Total 4182,6554 4182,6554

LA. 12.2 Reboiler (E-208)

E-302

40

39 42

Laju Alir Mol Keluar sebagai bottom (N41) N41C2H4O2 = 0 kmol/jam

N41n-C6H12O2 = 7,5708 kmol/jam N41sec-C6H12O2 = 0,0380 kmol/jam

Laju alir massa yang dikembalikan ke kolom destilasi

(27)

LB = 28,1326 kmol/jam + (1 x 15,3729 kmol/jam) = 43,5055 kmol/jam

VB = LB– W

Laju alir mol keluar Reboiler

N40C2H4O2 =. Xib x Vb

N40n-C6H12O2 = Xib x Vb

= 0,005 x 35,8967 kmol/jam = 0,1795 kmol

N40sec-C6H12O2 = Xib x Vb

= 0,9752x 35,8967 kmol/jam = 35,0065 kmol

= 0,7108 kmol/jam + 0 kmol/jam = 0,7108kmol/jam

= 0,1795 kmol/jam + 7,5708 kmol/jam = 9,4256kmol/jam

(28)

LA.27 Neraca Massa Reboiler

Komponen

Alur 39 Alur 40 Alur 42

N F N F N F

C2H4O2 0,7108 42,6808 0,7108 42,6808 - -

n-C6H12O2 7,7502 900,2393 0,1795 20,8201 7.5708 879,4192 sec-C6H12O2 35,0445 4065,1708 35,0065 4060,7516 0.0380 4.4192

(29)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Basis Perhitungan : 1 jam operasi Satuan Operasi : kJ/jam

Temperatur Referensi : 25oC = 298,15 K Kapasitas : 7.000 ton/tahun

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

Cp = a + bT + cT2 + dT3

Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi:



       

Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah:



2 



 



Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi:







B.1 Data Perhitungan Cp

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

(30)

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

Tabel LB.2 Nilai Konstanta a,b,c,dan d untuk perhitungan Cp cairan Komponen a (101) b (10-1) c (10-3) d (10-6) Asam Asetat (CH3COOH) 1,8944 10,9710 2,8921 2,9275 Butadiene (C4H6) 3,4680 7,3205 0,6249 4,6035 n-butyl asetat (n-C6H12O2) 12,8270 6,5906 -1,8440 2,6300 sec-butyl asetat

(sec-C6H12O2) 12,9489 6,2126 1,8095 2,7100

HCl 1,7723 9,0426 -5,6450 0,1338

Hidrogen (H2) 5,6866 -2,3069 -80,4213 1377,7600 air (H2O) 1,8296 4,7211 -1,3388 1,3142 (Reklaitis, 1983 dan Yaws, C.L. 1998)

Cp = a + bT + cT2 + dT3 [J/mol K]

B.2 Estimasi Cp

B.2.1 Estimasi Cp Gas dengan Metode Benson

Tabel LB. 3 Kontribusi unsur dan gugus untuk estimasi Cp

Group Besar

(J/(mol.K)

n-C6H10O2 sec-C6H10O2

(31)

B.2.2 Estimasi Cp cairan dengan metode Ruzicka Domalski Tabel LB. 4 Kontribusi unsur dan gugus untuk estimasi Cp

Group

n-C6H10O2 sec-C6H10O2

jumlah a b d Jumlah a b d

C-(3H,C) 2 3,8452 0,3400 0,1949 2 3,8452 0,3400 0,1949

O-(2C) 1 5,0312 1,5718 0,3786 1 5,0312 1,5718 0,3786

CO-(H=C) 1 -8,0024 3,6379 0,1538 - - - -

C-(2H,CO) - - - - 1 1,4596 1,4657 0,2714

C-(H,C) 1 4,0749 1,0735 0,2141 2 4,0749 1,0735 0,2141

C-(2H,2C) 1 2,7972 0,0550 0,1068 - - - -

CO(C,O) 1 29,2460 3,4261 2,8962 1 29,2460 3,4261 2,8962

O-(C,CO) 1 21,4340 4,0164 3,0531 1 21,4340 4,0164 3,0531

Total 19,4033 0,3326 1,0924 30,1430 3,5233 1,0821

Dengan menggunakan persamaan Ruzicka Domalski

Maka diperoleh :

CpL n-C6H10O2 = 241,1981 J/(mol.K) CpL sec-C6H10O2 = 249,7835 J/(mol.K)

B.2.3 Estimasi Cp Padatan dengan Metode Hurst dan Harrison Tabel LB. 5 Kontribusi unsur dan gugus untuk estimasi Cp

Unsur ΔE (J/mol.K)

C 10,89

H 7,56

O S Ni

13,42 12,36 25,46 Sumber : (Perry, 1999)

Perhitungan kapasitas panas dihitung dengan rumus: (Perry, 1999)

Dimana:

(32)

Ni = Jumlah unsur i dalam senyawa

ΔEi = Nilai kontribusi unsur i Sehingga diperoleh:

Cp (C10H10)n(C8H8O3S)= 18x10,89 + 18x7,56 + 3x13,42 + 1x12.36 = 384,72 J/(mol.K)

Cp Nikel = 25,46 J/(mol.K) Tabel LB.6 Data Panas Laten Air

∆Hvl (kJ/kg) T (oC)

2189 114,7

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

Tabel LB.7 Data Panas Laten

Komponen

titik didih(K)

Panas laten (KJ/mol) Asam Asetat (CH3COOH) 391,05 23,3

Butadiene (C4H6) 68,74 22,48

n-butyl asetat (n-C6H12O2) 399,15 36,51 sec-butyl asetat (sec-C6H12O2) 385,15 34,18 n-butenyl asetat (n-C6H10O2) 396,741 36,155 sec-butenyl asetat (C6H10O2) 405,149 36,927

air (H2O) 373,15 40,5652

(33)

B.3 Panas Pembentukan Standar

Tabel LB.8 Data Panas Pembentukan Standar

Komponen ∆Hof (Kj/kgmol)

Asam Asetat (CH3COOH) -432,3000

Butadiene (C4H6) 110,0000

n-butyl asetat (n-C6H12O2) -499,8500 sec-butyl asetat (sec-C6H12O2) -517,4900

HCl -92,3000

Hidrogen (H2) 1,7639

air (H2O) -285,8300

Sumber : (Reklaitis, 1983; Yaws, 1993)

Tabel LB.9 Estimasi Data Panas Pembentukan standar dengan metode Benson

Group Value

(J/(mol.K)

n-C6H10O2 sec-C6H10O2

jumlah Total Jumlah Total

C- C(H)3 -42,2000 2 -84,4000 2 -84,400

C-C2(H)2 -20,7200 1 -20,7220 - -

-CH=CH2 55,1190 1 55,1190 1 55,119

=CH- -7,5190 - - 1 -7,519

C-OC(H)2 -33,9100 - - 1 -33,910

C-OC2(H) -30,1400 1 -30,1400 - -

O-(C2) -99,2300 1 -99,2300 1 -99,230

CO-(OC) -146,9600 1 -146,9600 1 -146,960

O-COC -185,4800 1 -185,4800 1 -185,480

(34)

LB.1 Heater (E-101)

Suhu reaksi pada reaktor R-101 adalah 60 oC. Sedangkan asam asetat yang berada di

tangki penyimpanan memiliki suhu 30 oC sehingga gas tersebut harus dipanaskan

terlebih dahulu pada heater (E-101) sebelum diumpankan kedalam reaktor (R-101)

dari 30 oC hingga menjadi 60 oC.

= 15,4536 kmol/jam x 3.448,8709 kJ/kmol = 53.297,4283 kJ/jam

(35)





= 15,4536 kmol/jam x 26111,585 kJ/kmol = 403.517,6152 kJ/jam

Panas yang dibutuhkan (Qs): QS = Qout - Qin

= 403.517,6152 KJ/jam – 53.297,4283 KJ/jam = 350.220,1869 kJ/jam

Dari perhitungan diatas dapat ditabulasi sebagai berikut : Panas masuk :

Tabel LB.11 Panas Keluar Heater pada Alur 7

Komponen N3 Cpl dt Qout

C2H4O2 15,4536 26.111,585 403.517,6152 Qout total= 405.517,6152 Massa steam yang diperlukan :

Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan kondisi: Suhu : 200 oC

(36)

ΔHv = 2081,3 KJ/Kg (Smith, dkk. 1996)

Suhu reaksi pada reaktor R-101 adalah 60 oC. Sedangkan gas butadiene yang berada

di tangki penyimpanan memiliki suhu 30 oC sehingga gas tersebut harus dipanaskan

terlebih dahulu pada heater (E-102) sebelum diumpankan kedalam reaktor (R-101)

dari 30 oC hingga menjadi 60 oC.

(37)

 Butadiene (C4H6)

Panas yang dibutuhkan (Qs): QS = Qout - Qin

= 69.427,2782 KJ/jam – 9.560,8733 KJ/jam = 59.866,4048 kJ/jam

Dari perhitungan diatas dapat ditabulasi sebagai berikut : Panas masuk :

Tabel LB.13 Panas Keluar Heater pada Alur 4

Komponen N4 Cpv dt Qout

(38)

Massa steam yang diperlukan :

Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan kondisi: Suhu : 200 oC

Tekanan : 15,35 atm (16 bar)

ΔHv = 2081,3 KJ/Kg (Smith, dkk. 1996)

m =

2790,9 8 59.866,404

= 21,4506 kg/jam

LB.3 Cooler (E-103)

Cooler

Amberlyst Amberlyst

Air pendingin (28o

C)

Air pendingin bekas (45o

C)

14

1 15

Neraca panas masuk cooler (T=1050C) dT Cps N

378,15

298,15 14

am berly st

    

  





_

Q

_in

= 13.402,0333 KJ/jam

Tabel LB.14 Neraca panas masuk pada alur 14

Komponen

N14 (kmol/jam)

298,15378,15 Cps dt (kJ/kmol)

Qin (kJ/jam) (C10H10)n(C8H8O3S) 0,4354 30.777,6 13.402,0333

Qin 12= 13.402,0333 Neraca panas keluar cooler (T=600C)

dT Cps N

333,15

298,15 15

am berly st

    

  







Q

_out

(39)

Tabel LB.15 Neraca panas keluar pada alur 15

Komponen

N15 (kmol/jam)

298,15333,15 Cps dt (kJ/kmol)

Qout (kJ/jam) (C10H10)n(C8H8O3S) 0,4354 13.465,2 5.863,3896

Qout 13= 5.863,3896 Qtotal = (5.863,3896 – 13.402,0333) kJ/jam

Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 7.538,6437 kJ/jam Data air pendingin yang digunakan:

T masuk = 28oC  H = 117,43 KJ/Kg (Geankoplis, 2003) T keluar = 45oC  H = 251,13 KJ/Kg (Geankoplis, 2003) Air pendingin yang diperlukan adalah :

/jam 106,1482kg

kJ/kg ) 188,45

-(117,43

kJ/jam 7.538,6437

-C) (60 H

-) C (28 H

Qtotal

m ₀

pendingin air 0

pendingin Air

  

LB.4 Reaktor (R-101)

Panas Masuk :

Panas masuk alur 4 = N CpvdT 333,15

298,15 4

seny awa

    

  





C4H6 (butadiene)

Air pendingin 25o C

(40)





= 20,7399 kmol/jam x 3.347,5147 kJ/kmol = 69.427,2782 kJ/jam

Tabel LB.16 Panas Masuk pada alur 4

Panas Masuk Alur 3 = N CpldT

= 96,0763 kmol/jam x 26.111,585 kJ/kmol = 2.508.702,9963 kJ/jam

(41)

Tabel LB.17 Panas Masuk reaktor pada Alur 3 Tabel LB.18 Neraca Panas Masuk alur 15

 (C10H10)n(C8H8O3S)m

Tabel LB.19 Neraca Panas Keluar alur 19

Komponen N19

(C10H10)n(C8H8O3S) 0,4333 13.465,2 5.834,07

Qout total 2.264.703,4319

Panas Reaksi

Reaksi 1 : 2C4H6(g) + 2C2H4O2(l) n-C6H10O2(l) + sec-C6H10O2(l Panas reaksi pada keadaan standar reaksi :

(42)

= -538,3930 kJ/mol = -538393 kJ/kmol Panas reaksi pada 60oC (333,15 K) Hor,333,15K = Hor,298,15K

= -538393 kJ/kmol Panas reaksi total (Hr tot) : Hr tot = (r1x Hr1)

= (7,6499 x -538393) = -4.118.652,611 kJ/jam Maka, selisih panas adalah :







 2

1 2

1

T

in T

T

out

r tot N CpdT N CpdT ΔH

dt dQ

 dt dQ

-4.118.652,611 kJ/jam + 2.264.703,4319kJ/jam – 2.583.964,3470kJ/jam



dt dQ

-4.437.913,527 kJ/jam

Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 4.437.913,527 kJ/jam. Data air pendingin yang digunakan:

kg/jam 62.488,222

kJ/kg ) 188,45

-(117,43

kJ/jam 527

4.437.913,

C) (45 H

-) C (28 H

Qtotal

m ₀

pendingin air 0

pendingin Air

  

LB.5 Cooler (E-201)

Suhu keluaran reaktor R-101 adalah 60oC. Sedangkan untuk memisahkan gas butadiene dilakukan pada suhu 40 oC, sehingga keluaran reaktor R-101 tersebut harus didinginkan terlebih dahulu pada cooler sebelum diumpankan kedalam

(43)

Cooler

Air Pendingin (28o_C)

Tabel LB.20 Neraca Panass Masuk alur 19

Komponen N19

(C10H10)n(C8H8O3S) 0,4333 13.465,2 5834,07

Qin total 2.264.703,4319

Panas Keluar cooler (40oC) Panas Keluar alur 20

Q20 = N20C4H6



(44)

Komponen N19 (kmol/jam)

298,15313,15 cps

dT

(kJ/kmol)

298,15313,15 cpg

dT

(kJ/kmol)

298,15313,15 cpl

dT

(kJ/kmol)

Q

(kJ/jam)

C2H4O2 80,7764 10.622,3363 858.034,0569

C4H6 5,4401 1.400,2910 7.617,7065

n-C6H10O2 7,6499 3.617,9714 27.677,2256

Sec-C6H10O2 7,6499 3.746,7522 28.660,0873

(C10H10)n(C8H8O3S) 0,4333 5.770,8 2.500,3157

Qout total 924.489,3921

Qtotal = (924.489,3921 – 2.264.703,4319) kJ/jam

Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 1.340.214,0398 kJ/jam. Data air pendingin yang digunakan:

4kg/jam 26.729,438

kJ/kg ) 167,57 -(117,43

kJ/jam 0398

1.340.214,

-C) (60 H

-) C (28 H

Qtotal

m ₀

pendingin air 0

pendingin Air

  

LB.6 Heater (E-202)

Suhu umpan masuk ke Unit Destilasi adalah 119,732oC, sehingga umpan harus dipanaskan dulu hingga mencapai suhu umpan masuk destilasi

Heater (E-201)

Saturated steam

(200o_C)

P=15,35 atm

Kondensat (200o_C)

P=15,35 atm

24 25

Panas Masuk: Alur 24

CH3COOH

n-C6H10O2

sec-C6H10O2

(40oC)

CH3COOH

n-C6H10O2

sec-C6H10O2

(45)

Q27 = N27C2H4O2



Tabel LB.22 Neraca Panas Masuk alur 24

Komponen N24

Qin total 914.371,3698

Panas Keluar :

Komponen N

25

(kmol/jam)

298,15391,15

cpl dT

(kJ/kmol) (kJ/kmol)

391,15

Q out total 8.744.197,5291

Qtotal = Qout - Qin = (8.744.197,5291 – 914.371,3698) kJ/jam Massa steam yang diperlukan :

Saturated steam dengan kondisi: Suhu : 200oC

(46)

m =

2790,9 593 7.829826,1

= 3.784,17 kg/jam

LB.7 Unit Destilasi

D-301 25

29 26

E-303

E-302 30

28

33 31

Panas Masuk :

 Panas yang dibawa input feed (Qf) pada T = 119,7320oC (392,882 K) Q28 = N28C2H4O2 (



15 , 391

15 , 298

CpldT + +



882 , 392

15 , 391

CpvdT ) + N28

n-C6H10O2



882 , 392

15 , 298

CpldT +N28 sec-C6H10O2



882 , 392

15 , 298

CpldT

Komponen N

25

(kmol/jam)

298,15391,15

cpl dT

(kJ/kmol) (kJ/kmol)

391,15 392,882

cpg

dT

(kJ/kmol)

298,15392,882

cpl dT

(kJ/kmol)

Q out

kJ/jam

C2H4O2 80,7764 80417,8446 23.300 129,1559 8.388.386,5662

n-C6H10O2 7,6499 22.849,1776 174.794,5959

Sec-C6H10O2 7,6499 23.662,4885 181.016,3670

Q out total 8.744.197,5291

Panas Refluks keluar kondensor (QLo) pada T = 117,921oC (391,071 K)

sec-C6H10O2

(47)

Q28 = N28C2H4O2



071 , 391

15 , 298

CpldT + N28 n-C6H10O2



071 , 391

15 , 298



071 , 391

15 , 298

CpldT

Komponen N28

(kmol/jam)

298,15 391,071

cpl dT

(kJ/kmol)

Q

(kJ/jam)

C2H4O2 73,5922 80.333,6643 5.911.930,7805

n-C6H10O2 0,0368 22.412,3678 825,5132

Sec-C6H10O2 0,0368 23.210,1306 854,8971

Qin total 5.913.611,1908

Panas destilat keluar kondensor (QD) pada T = 117,921oC (391,071 K) Q31 = N31C2H4O2



071 , 391

15 , 298



071 , 391

15 , 298



071 , 391

15 , 298

CpldT

Tabel LB.26 Neraca Panas keluar alur 31

Komponen N31

(kmol/jam)

298,15391,071 cpl dT

(kJ/kmol)

Q

(kJ/jam)

C2H4O2 80,6227 80.333,6643 6.476.714,3862

n-C6H10O2 0,0404 22.412,3678 904,3768

Sec-C6H10O2 0,0404 23.210,1306 936,5679

Qin total 6.478.555,331

Panas yang dibawa uap masuk kondensor (Qv) pada T = 117,921oC (391,071 K) Q32 = N32C2H4O2 x Hvap+ N32 n-C6H10O2 x Hvap+N32 sec-C6H10O2 x Hvap Tabel LB.27 Neraca Panas keluar alur 26

Komponen N26

(kmol/jam)

Hvap (391,071 K)

(kJ/kmol)

Q

(kJ/jam)

C2H4O2 154,2149 23.303,2872 3.593.713,2807

n-C6H10O2 0,0772 36.564,4825 2.822,2156

Sec-C6H10O2 0,0772 37.929,7529 2.927,5934

(48)

Panas hasil bawah (Qw) pada T = 132,097oC (405,247 K) Q33= N33C2H4O2



247 , 405

15 , 298



247 , 405

15 , 298

CpldT +N33 sec-C6H10O2 +



247 , 405

15 , 298

CpldT

Komponen N33

(kmol/jam)

298,15 405,247

cpl dT

(kJ/kmol)

Q

(kJ/jam)

C2H4O2 0,1537 95.915,1079 14.744,9186

n-C6H10O2 7,6096 25.831,5920 196.567,5073

Sec-C6H10O2 7,6096 26.751,0612 203.564,2798

Qin total 414.876,7058

LB.7.1 Kondensor (E-203) Qinput = Qoutput

Qv = QLo + QD + QC

Qc = 5.911.930,7805 – 6.478.555,3310 - 3.599.463,0898 = 4.164.407,2299

Data air pendingin yang digunakan:

LB.8.2 Reboiler (E-204) Qinput = Qoutput

QF + QR = QD + QW + QC

QR = 6.478.555,3310 + 414.876,7058 + 4.164.407,2299 - 8.792.197,0685 QR = 2.265.642,1981

kg/jam 5

58.637,105

kJ/kg ) 188,45

-(117,43

kJ/jam 2299 4.164.407,

C) (45 H

-) C (28 H

Qtotal

m ₀

pendingin air 0

pendingin Air

(49)

Massa steam yang diperlukan:

Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan kondisi: Suhu : 200oC

ΔHvl = 2790,9 KJ/Kg (Smith, dkk. 1996) m =

9 , 2790

1981 2.265.642,

= 811,7963 kg/jam

LB.8 Cooler (E-205)

Hasil produk atas unit destilasi kemudian akan direcycle kembali, dimana suhu reaktor adalah 60oC, sehingga diperlukan unit cooler untuk menurunkan suhu dari 117,921oC menjadi 60oC.

Cooler

Air Pendingin (28o

C)

Sisa air Pendingin

(45o

C)

31 32

Panas Masuk :

Panas Masuk alur 31 = Q34 = N34C2H4O2



071 , 391

15 , 298



071 , 391

15 , 298



,071 391

15 , 298

CpldTTabel LB.29 Neraca Panas Masuk alur 31

Komponen N31

(kmol/jam)

298,15391,071 cpl dT

(kJ/kmol)

Q

(kJ/jam)

C2H4O2 80,6227 80.333,6643 6.476.714,3862

n-C6H10O2 0,0404 22.412,3678 904,3768

Sec-C6H10O2 0,0404 23.210,1306 936.5679

Qin total 6.478.555,3310

Panas Keluar alur =

sec-C6H10O2 (117,921 oC)

(50)

Q32 = N32C2H4O2



Komponen N32

Qout total 278.750,5898

Maka Q total = (278.750,5898 - 6.478.555,3310) kJ/jam = -6.199.804,7412

kg/jam

Hasil produk bawah unit destilasi kemudian akan didinginkan kembali menjadi 100oC sebelum diumpankan ke tangki hidrogenasi

Cooler

(51)

Panas Masuk alur 31 =

Komponen N33

Qin total 416.961,5138

Panas Keluar alur =

Komponen N33

Qout total 289.740,8962

Maka Q total = (289.740,8962 – 414.876,7058) kJ/jam = -125.135,8095

(52)

Berdasarkan reaksi

(i) n-C6H10O2 + H2 n-C6H12O2 (ii) sec-C6H10O2 + H2 sec-C6H12O2

Neraca Panas Masuk reaktor; Alur 33

Q33 = N33C2H4O2



15 , 373

15 , 298

CpldT + N33n-C6H10O2



15 , 373

15 , 298



15 , 373

15 , 298

CpldT

Alur 6

Q6 = N6H2



15 , 373

15 , 298

CpldT

Tabel 33 Neraca Masuk Hidrogenasi

Komponen N

(kmol/jam)

298,15373,15 cpl dT

(kJ/kmol)

Q (kJ/jam)

C2H4O2 0,1537 61.983,9074 9.528,7144

n-C6H10O2 7,6096 18.089,8568 137.656,1720

Sec-C6H10O2 7,6096 18.733,7609 142.556,0099

H2 15,2192 266.543,7982 4.056.571,5088

Qout total 4.346.312,4050

Neraca Panas Keluar reaktor; Alur 34

Q34 = N34C2H4O2



15 , 423

15 , 298

CpldT + N374n-C6H12O2



15 , 423

15 , 298



15 , 423

15 , 298

CpldT

Tabel 34 Neraca keluar Hidrogenasi

CH3COOH (l) n-C6H10O2 (l)

sec-C6H10O2 (l)

CH3COOH (l) n-C6H12O2 (l)

sec-C6H12O2 (l)

33 Ni

6

34

(53)

Komponen N (kmol/jam)

298,15 423,15

cpl dT (kJ/kmol)

Q (kJ/jam)

C2H4O2 0,1537 117.000,0749 17.986,2862

n-C6H12O2 7,6096 31.348,6282 238.549,8237

Sec-C6H12O2 7,6096 90.275,3795 686.957,5188

Qout total 943.493,6287

Panas Reaksi

Reaksi 1 : n-C6H10O2(l) + H2 n-C6H12O2(l)

Panas reaksi pada keadaan standar reaksi 1:

Hor1,298,15K = [(Hofn-C6H12O2 ) – (Hof C6H10O2 + Hof H2 ] = [ (-499,85 ) – ( -596,2130 + -26,9048 )]

= 123,2678 kJ/mol = 123.267,8 kJ/kmol Hor,333,15K = Hor,298,15K

= 123.267,8 Panas reaksi total (Hr tot) : Hr tot = (r1x Hr1)

= (7,6096x 123.267,8) = 938.018,6509 kJ/jam Panas Reaksi

Reaksi 2 : sec-C6H10O2(l) + H2 sec-C6H12O2(l) Panas reaksi pada keadaan standar reaksi 1

Hor2,298,15K = [(Hofsec-C6H12O2 ) – (Hof sec-C6H10O2 + Hof H2 ] = [ (-517,49 ) – ( -586,78 + -26,9048 )]

= 96,1948 kJ/mol = 96.194,8 kJ/kmol Hor,2333,15K = Hor,298,15K

= 96.194,8

kmol/jam 096

7,6 1

(1) 7,6096

σ

X N

r C6H10O2 C4H6

1 

 

kmol/jam 096

7,6 1

(1) 7,6096

σ

X N

r C6H10O2 C4H6

2 

 

(54)

Panas reaksi total (Hr 2tot) : Hr2 tot = (r2x Hr2)

= (7,6096 x 96.194,8) = 732.003,9501 kJ/jam Hr tot = Hr1 tot + Hr2 tot

= 938.018,6509 + 732.003,9501 = 1.670.022,601 kJ/jam

Maka, selisih panas adalah :







 2

1 2

1

T

in T

T

out

r tot N CpdT N CpdT ΔH

dt dQ

 dt dQ

1.670.022,601 kJ/jam + 943.493,6287kJ/jam – 4.346.312,4050kJ/jam

 dt dQ

-1.732.796,175 kJ/jam

24.398,7071kg/jam kJ/kg ) 188,45

-(117,43

kJ/jam 175

1.732.796,

-C) (45 H

-) C (28 H

Qtotal

m ₀

pendingin air 0

pendingin Air

  

(55)

LB.11 Cooler (E-205)

Hasil produk hidrogenasi akan didinginkan dulu sampai mencapai suhu umpan masuk destilasi yaitu 118,315oC.

Cooler

Air Pendingin (28o_C)

Sisa air Pendingin

(45oC)

34 35

Panas Masuk :

Q34 = N34C2H4O2



15 , 423

15 , 298



15 , 423

15 , 298



15 , 423

15 , 298

CpldT

Tabel 35 Neraca Masuk Cooler

Komponen N

(kmol/jam)

298,15423,15 cpl dT

(kJ/kmol)

Q (kJ/jam)

C2H4O2 0,1537 117.000,0749 17.986,2862

n-C6H12O2 7,6096 31.348,6282 238.549,8237

Sec-C6H12O2 7,6096 90.275,3795 686.957,5188

Qin total 943.493,6286

Panas Keluar :

Q35 = N35C2H4O2



465 , 391

15 , 298



465 , 391

15 , 298



465 , 391

15 , 298

CpldT

Tabel 36 Neraca Keluar Cooler

Komponen N

(kmol/jam)

298,15391,465 cpl dT

(kJ/kmol)

Q (kJ/jam)

C2H4O2 0,1545 80.753,7918 12.414,1870

n-C6H12O2 7,6478 22.837,3807 173.782,8243

Sec-C6H12O2 7,6478 90.275,3795 686.957,5188

Qout total 873.154,5301

sec-C6H12O2 (150 oC)

(56)

990,4125kg/jam LB.12 Unit Destilasi (D-202)

(57)

Komponen N

35

(kmol/jam)

298,15Tb cpl

dT

(kJ/kmol) (kJ/kmol)

Tb391,465cpg

Panas Refluks keluar kondensor (QLo) pada T = 112,058oC (385,2080 K) Q43 = N43C2H4O2



Komponen N38

Sec-C6H12O2 28,1045 57.807,0941 1.624.639,5991

Qin total 1.638.055,6780

Panas destilat keluar kondensor (QD) pada T = 112,058oC (385,208 K) Q41 = N41C2H4O2



Komponen N41

Qin total 449.913,4443

(58)

Qin total 842.388,4754

Panas hasil bawah (Qw) pada T = 125,09oC (398,24 K)

Komponen N42

Qin total 188.984,2603

LB..1 Kondensor (E-207) Qinput = Qoutput

Qv = QLo + QD + QC

Qc =842.388,4754 – 449.913,4443 - 1.638.055,6780 = -1.245.580,6469

LB.12.2 Reboiler (E-208) Qinput = Qoutput

(59)

Massa steam yang diperlukan:

Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan kondisi: Suhu : 200oC

ΔHvl = 2790,9 KJ/Kg (Smith, dkk. 1996) m =

9 , 2790

3849 1.357.912,

= 486,55 kg/jam

LB.13 Cooler (E-209)

Hasil produk atas destilasi akan didestilasi terlebih dahulu sebelum dimasukkan ke tangki penyimpanan.

Cooler

Air Pendingin (28oC)

Sisa air Pendingin

(45oC)

41 43

Panas Masuk :

Q41 = N41C2H4O2



208 , 385

15 , 298



208 , 385

15 , 298



208 , 385

15 , 298

CpldT

Komponen N

(kmol/jam)

298,15 385,208

cpl dT (kJ/kmol)

Q (kJ/jam)

C2H4O2 0,1537 74.167,6982 11.401,7145

n-C6H12O2 0,0388 21.209,6389 823,3670

Sec-C6H12O2 7,5715 57.807,0941 437.688,3628

Qin total 449.913,4443

sec-C6H12O2 (112,058 oC)

(60)

Panas Keluar :

Q43 = N46C2H4O2



15 . 303

15 , 298



15 . 303

15 , 298

CpldT +N43sec-C6H12O2



15 . 303

15 , 298

CpldT

Komponen N

(kmol/jam)

298,15303,15 cpl dT

(kJ/kmol)

Q (kJ/jam)

C2H4O2 0,1537 3.448,8709 530,1909

n-C6H12O2 0,0388 1.156,0506 44,8784

Sec-C6H12O2 7,5715 2.767,4389 20.953,7573

Qout total 21.528,8265

6.031,8870kg/jam kJ/kg ) 188,45

-(117,43

kJ/jam 77

428.384,61

-C) (45 H

-) C (28 H

Qtotal

m ₀

pendingin air 0

pendingin Air

  

LB.13 Cooler (E-210)

Hasil produk atas destilasi akan didestilasi terlebih dahulu sebelum dimasukkan ke tangki penyimpanan.

Cooler

Air Pendingin (28oC)

Sisa air Pendingin

(45o_C)

42 44

Panas Masuk : n-C6H12O2

sec-C6H12O2 (125,09 oC)

n-C6H12O2

(61)

Q42 = N42C2H4O2



Komponen N

(kmol/jam)

Qin total 188.984,2603

Panas Keluar :

Komponen N

(kmol/jam)

Qout total 8.857,4629

T masuk = 28oC  H = 117,43 KJ/Kg (Geankoplis, 2003) T keluar = 45oC  H = 188,45 KJ/Kg (Geankoplis, 2003)

Air pendingin yang diperlukan adalah :

(62)

LC. 14 Rotary Dryer

DD-101

Udara Panas, 130o_C

F padatan masuk = 136,2215 kg/jam

T = 30o_C

X air = 0,0706

T = 60oC X air =0,00038

T = 100o_C

Temperatur basis, To = 0oC

Panas laten air (0oC), λ = 2501,6 kJ/kg.K

Kapasitas panas katalis, Cp padatan = 120,9571 kJ/kg.K Panas humiditas air – udara, Cs = 1,005 + 1,88H

Humiditas udara (T udara masuk 130oC), Hin = 0,01 kg H2O/kg udara (Walas, dkk., 2005)

Kapasitas panas air, Cp air = 4,187 kJ/kg.K Kapasitas panas udara, Cp udara = 1,007 kJ/kg.K

H’ udara = Cs (Ti-To) + Hi.λo

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

H’ = entalpi (kJ/kg)

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

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

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

130oC, H’ udara masuk = (1,005 + 1,88 × 0,01) × (130-0) + 0,01 × 2501,6 130oC, H’ udara masuk = 158,11

100oC, H’ udara keluar= H’42= (1,005 + 1,88 × H’42) × (100-0) + H’42× 2501,6 100oC, H’ udara keluar= H’42 = 100,5 + 2689,6 H42

H’ padatan masuk = (120,9571) × (30-0) + 0,076 × 4,187 × (64,2248-0) = 3649,1501

(63)

Tabel LB.46 Entalpi Rotary Dryer (kJ/kg)

Alur H’ masuk H’ keluar

45 Udara 158,11

46 - 100,5 + 2689,6 H42

13 Padatan 3649,1501

14 - 7.258,6988

F padatan = 3,1452 kg/jam Neraca Panas Total Rotary Dryer

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



dT dQ

Q out – Q in = 0 → Q out = Q in

Fudara × H’udara masuk + Fpadatan × H’in= ’udara × H’udara keluar + F padatan× H’43 Fudara × H’udara masuk + Fpadatan × H’in= ’udara × H’46 + F padatan× H’14

Fudara × 158,11 + 136,2215 × 3649,1501 =

F’udara × (100,5 + 2689,6 H42)+ 136,2215 × 7.258,6988 Fudara × 158,11 + 497.092,7003 = Fudara × (100,5 + 2689,6 H42) + 988.790,8386 158,11Fudara – 491.698,1383 = 100,5 Fudara + 2689,6 Fudara H42

58,06 Fudara – 491.698,1383 = 2689,6 Fudara H42 ---*)

Neraca Massa Kandungan Air

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

Fudara × 0,01+ 136,2215 × 0,0706 = Fudara × H42+ 136,2215 × 0,00038 0,01 Fudara + 1,362215 = Fudara × H42 + 0,05176

0,01 Fudara + 1,362215 = Fudara H42 ---**) Dengan mensubstitusi persaman **) ke persamaan *), maka diperoleh: 58,06 Fudara – 491.698,1383= 2689,6 × (0,01 Fudara + 1,362215)

58,06 Fudara – 491.698,1383= 26,896 Fudara + 3663,8135 58,06 Fudara – 26,896 Fudara = 3.663,8135 + 491.698,1383 32,836 Fudara = 495.361,9518

(64)