LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan berat : Kilogram (kg)

Kapasitas produksi : 7.000 ton/tahun Waktu operasi : 330 hari/tahun

Berat Molekul : Cl2 = 70,914 kg/mol CO = 28,010 kg/mol CH4 = 16,042 kg/mol CO2 = 44,011 kg/mol H2 = 2,016 kg/mol HCl = 36,465 kg/mol COCl2 = 98,92 kg/mol

Bahan baku : Karbonmonoksida (CO)

: Klorin (Cl2)

Produk akhir : Fosgen (COCl2)

Impuritas produk : COCl2 99,69 % CO 0,1 % Cl2 0,1 % HCl 0,1 % (Anthony, 1996). Kapasitas produksi =

jam 24

hari 1 x hari 330

thn 1 x ton 1

kg 1000 x tahun 1

ton 7.000

= 883,8384 kg/jam

(2)

R-210 3

Cl2 (g)

CO (g) CH4 (g)

CO2 (g)

H2 (g) 6

COCl2 (g) CO2 (g) Cl2 (g) CO (g) H2 (g) HCl (g) CH4 (g)

7

Sehingga dari perhitungan mundur berdasarkan kapasitas produksi dan impuritas produk diperoleh data umpan masuk bahan baku, CO dan Cl2 yaitu :

Umpan masuk Cl2 : F3Cl2 = 663,6203 kg/jam Umpan masuk CO : F6CO = 266,7359 kg/jam

Peralatan yang mengalami peneracaan massa, yaitu : - Reaktor

- KO Drum - Absorber

LA.1 Reaktor (R-210)

Dari perhitungan alur mundur diperoleh : F3Cl2 = 663,6203 kg/jam

F6CO = 266,7359 kg/jam

τ = 16 detik Reaksi :

CO (g) + Cl2 (g) COCl2 (g)

(3)

Neraca masssa reaktor F3 + F6 = F7

663,6203 kg/jam + 266,7359 kg/jam= 930,3562 kg/jam Diketahui fraksi komposisi umpan CO pada alur 6 : CO = 0,99

CH4 = 0,001 CO2 = 0,004

H2 = 0,005 (Anthony, Christine, Elaine & Kenneth, 1996) Komposisi pada alur 6 :

F6CO = 266,7359 x 0,99 = 264,0685 kg/jam = 9,4310 kmol/jam F6CH4 = 266,7359 x 0,001 = 0,2667 kg/jam = 0,0167 kmol/jam F6CO2 = 266,7359 x 0,004 = 1,0669 kg/jam = 0,0242 kmol/jam F6H2 = 266,7359 x 0,005 = 1,3337 kg/jam = 0,6669 kmol/jam Diketahui fraksi komposisi produk COCl2 pada alur 7 :

COCl2 = 0,995 Cl2 = 0,001 CO = 0,0005 CH4 = 0,0005 CO2 = 0,001

H2 = 0,001

HCl = 0,001 (Anthony, Christine, Elaine & Kenneth, 1996) Komposisi pada alur 7 :

F7COCl2 = 930,3562 x 0,995 = 925,7044 kg/jam F7Cl2 = 930,3562 x 0,001 = 0,9304 kg/jam F7CO = 930,3562 x 0,0005 = 0,4652 kg/jam F7CH4 = 930,3562 x 0,0005 = 0,4652 kg/jam F7CO2 = 930,3562 x 0,001 = 0,9304 kg/jam F7H2 = 930,3562 x 0,001 = 0,9304 kg/jam F7HCl = 930,3562 x 0,001 = 0,9304 kg/jam

(4)

COCl2 (g) Cl2 (g) CO (g) H2 (g) CH4 (g)

V-320

COCl2 (l) CO2 (l) Cl2 (l) HCl (l) COCl2 (l)

CO2 (l) Cl2 (l) CO (l) H2 (l) HCl (l) CH4 (l)

9

8

10

Tabel LA.1 Neraca Massa Reaktor (R-210)

Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Alur 3 Alur 6 Alur 7

COCl2 - - 925,7044

CO - 264,0685 0,4652

Cl2 663,6203 - 0,9304

CH4 - 0,2667 0,4652

CO2 - 1,0669 0,9304

H2 - 1,3337 0,9304

HCl - - 0,9304

Total 663,6203 266,7359 930,3562

930,3562 Jumlah katalis yang dibutuhkan :

Perbandingan katalis 0,5 kg untuk 1000 kg/jam COCl2 (Anthony, Christine, Elaine & Kenneth, 1996)

Maka untuk jumlah COCl2 sebesar 925,7044 kg/jam diperlukan karbon aktif sebanyak :

=

1000 5 , 0

925,7044

=

1000 8522 , 462

= 0,4628 kg katalis karbon aktif

LA.2 KO Drum (V-320)

Untuk memisahkan COCl2 fasa gas dan cair, maka dibutuhkan pemisahan menggunakan KO Drum dengan hasil pada alur 9 fasa gas dan alur 10 fasa cair, dengan perhitungan sebagai berikut :

Asumsi efisiensi KO Drum 95%, maka : F8 =

. 10

eff F

=

95 , 0

883,8384

(5)

Sehingga : F9 = F8– F10

= 930,3562 – 883,8384 = 46,5178 kg/jam

Diketahui fraksi komposisi hasil produk COCl2 pada alur 10 COCl2 = 0,9969

Cl2 = 0,001 CO2 = 0,001

HCl = 0,001 (Anthony, Christine, Elaine & Kenneth, 1996) Komposisi pada alur 10 :

F10COCl2 = 883,8384 x 0,9969 = 881,0985 kg/jam F10Cl2 = 883,8384 x 0,001 = 0,8838 kg/jam F10CO2 = F8CO2 = 0,9304 kg/jam F10HCl = F8HCl = 0,9304 kg/jam

Total = 883,8384 kg/jam

Neraca COCl2 :

F9COCl2 = F8COCl2 – F10COCl2 = 925,7044 – 881,0985 = 44,6059 kg/jam Neraca Cl2 :

F9Cl2 = F8Cl2 – F10Cl2 = 0,9304 – 0,8838 = 0,0466 kg/jam Komposisi pada alur 9 :

F9COCl2 = 44,6059 kg/jam

F9Cl2 = 0,0466 kg/jam

F9CO = F8CO = 0,4652 kg/jam

F9H2 = F8H2 = 0,9304 kg/jam

F9CH4 = F8CH4 = 0,4652 kg/jam

(6)

C7H8 (l)

Cl2 (g) CO (g) H2 (g) CH4 (g) COCl2 (g)

Cl2 (g) CO (g) H2 (g) CH4 (g)

COCl2 (l) C7H8 (l)

15

14 11

13

Tabel LA.2 Neraca Massa KO Drum (V-320)

Alur 8 Alur 9 Alur 10

COCl2 925,7044 44,6059 881,0985

CO 0,4652 0,4652 -

Cl2 0,9304 0,0466 0,8838

CH4 0,4652 0,4652 -

CO2 0,9304 - 0,9304

H2 0,9304 0,9304 -

HCl 0,9304 - 0,9304

Total 930,3562 46,5178 _930,3562883,8384

LA.3 Absorber (V-330)

Hasil keluaran KO Drum pada alur 9 diturunkan suhunya menggunakan Cooler. Karena tidak terjadi perubahan massa, maka pada alur 11 hasil keluaran Cooler memiliki laju alir COCl2 yang sama pada alur 9 sebesar 44,6059 kg/jam. Untuk menghasilkan COCl2 solution, maka umpan pada alur 11 dikontakkan dengan pelarut C7H8 dengan perhitungan sebagai berikut :

Konsentrasi COCl2 pada alur 14 direncanakan 20 % Komposisi alur 14 :

W14COCl2 = 20 %

(7)

Persamaan neraca total :

F11 + F12 = F13 + F14 46,5178 kg/jam + F12 = F13 + F14 Persamaan neraca komponen :

Alur 13 :

F11Cl2 = F13Cl2 = 0,0466 kg/jam

F11CO = F13CO = 0,4652 kg/jam

F11H2 = F13H2 = 0,9304 kg/jam

F11CH4 = F13CH4 = 0,4652kg/jam

Alur 14 : - COCl2 :

F14COCl2 = F11COCl2 = 44,6059 kg/jam F14COCl2 = F14 x w14COCl2

F14COCl2 = F14 x w14COCl2 F14 =

14 COCl2 14 COCl2 w

F ₌

% 20

kg/jam 44,6059

F14 = 223,0295 kg/jam - C7H8 :

F12C7H8 = F14C7H8 F12C7H8 = F14 . w14C7H8

F12C7H8 = 223,0295 kg/jam x 80 % = 178,4236 kg/jam

F12C7H8 = F14C7H8 = 178,4236 kg/jam

Tabel LA.3 Neraca Massa Absorber

Alur 11 Alur 12 Alur 13 Alur 14

COCl2 44,6059 881,0985 - 44,6059

CO 0,4652 - 0,4652 -

Cl2 0,0466 0,8838 0,0466 -

CH4 0,4652 - 0,4652 -

(8)

NaOH (l) H2O (l0

CO (g) H2 (g) CH4 (g)

Cl2 (g) CO (g) H2 (g) CH4 (g)

Cl2 (l) H2O (l) NaOH (l)

17

19 13

18

H2 0,9304 - 0,9304 -

HCl - 0,9304 - -

C7H8 - 883,8384 - 178,4236

Total 46,5113 _224,9349881,0985 1,9054 _224,9349223,0295

LA.4 Absorber Cl2 (V-340)

Karena diperoleh sisa Cl2 hasil keluaran Absorber V-330 dengan fasa gas, maka gas ini harus di treatment terlebih dahulu sebelum dibuang ke badan air, dimana dalam proses ini di kontakkan dengan campuran antara NaOH dan air pada Absorber V-340. Perhitungannya adalah sebagai berikut :

Konsentrasi Cl2 pada alur 19 direncanakan 1 % Komposisi alur 19 :

W19Cl2 = 1 % W19NaOH = 20 %

W19H2O = 100 % - 1 % - 20 % = 79 % Komposisi alur 17 direncanakan :

W19NaOH = 20 %

W19H2O = 100 % - 20 % = 80 %

Persamaan neraca total :

(9)

Persamaan neraca komponen : Alur 13 :

F13CO = F18CO = 0,4652 kg/jam F13H2 = F18H2 = 0,9304 kg/jam F13CH4 = F18CH4 = 0,4652 kg/jam

Alur 19 : - Cl2 :

F19Cl2 = F13Cl2 = 0,0466 kg/jam F19Cl2 = F19 x w19Cl2

F19 = 19 Cl2 19 Cl2 w

F =

% 1

kg/jam 0,0466

F19 = 4,6600 kg/jam

- H2O & NaOH : F17H2O = F19H2O F19H2O = F19 . w19H2O

F19H2O = 4,6600 kg/jam x 99 % = 4,6134 kg/jam

F17 = F19H2O = 4,6134 kg/jam

Alur 17 :

F17 = 4,6134 kg/jam F17NaOH = F17 . w17NaOH

= 4,6134 kg/jam x 20 % = 0,9227 kg/jam

F17H2O = F17 . w17H2O

(10)

Tabel LA.4 Neraca Massa Absorber V-340

Alur 13 Alur 17 Alur 18 Alur 19

Cl2 0,0466 - - 0,0466

CO 0,4652 - 0,4652 -

H2 0,9304 - 0,9304 -

CH4 0,4652 - 0,4652 -

NaOH - 0,9227 - 0,9227

H2O - 3,6901 - 3,6901

(11)

(12)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Basis perhitungan : 1 jam operasi Satuan operasi : kJ/jam

Temperatur basis : 250_{C = 298,15 K}

Perhitungan neraca panas menggunakan rumus sebagai berikut : Perhitungan beban panas pada masing-masing alur masuk dan keluar

Q = H =



T

T_ref nxCpxdT (Smith, 2001) Persamaan umum untuk menghitung kapasitas panas gas adalah sebagai berikut :

4 3 2 )

( a bT cT dT eT

Cp_g     

Tabel LB.1 Data Kapasitas Panas Gas (J/mol.K)

Komponen a b c d e

Cl2 2,8546E+01 2,3879E-02 -2,1363E-05 6,4726E-09 0 CO 2,9006E+01 2,4923E-03 -1,8644E-05 4,7989E-08 -2,8726E-11 CH4 3,8387E+01 -7,3663E-02 2,9098E-04 -2,6384E-07 8,0067E-11 CO2 1,9022E+01 7,9629E-02 -7,3706E-05 3,7457E-08 -8,1330E-12

H2 1,7638E+01 6,7005E-02 -1,3148E-04 1,0588E-07 -2,9180E-11 HCl 3,0308E+01 -7,6090E-03 1,3260E-05 -4,3336E-09 0 COCl2 2,2127E+01 2,1108E-01 -3,4969E-04 2,8609E-07 -9,1349E-11 (Reklaitis, 1983)

Persamaan umum untuk menghitung kapasitas panas cairan adalah sebagai berikut : 3

2 )

( a bT cT dT

Cp_l    

Tabel LB.2 Data Kapasitas Panas Cairan (J/mol.K)

Komponen a b c d

Cl2 1,5412E+01 7,2310E-01 -3,9726E-03 5,2623E-06

CO 1,4967E+01 2,1439 -3,2470E-02 1,5804E-04

CH4 -5,7070 1,0256 -1,6656E-03 -1,9750E-05

CO2 1,1041E+01 1,1595 -7,3213E-03 1,5501E-05

(13)

Tabel LB.3 Data Panas Laten

Komponen BM

(gr/mol)

BP (K)

Hvl (J/mol)

Cl2 70,914 239,111 20410

CO 28,010 81,691 6065,3

CH4 16,042 111,671 8179,5

CO2 44,011 194,681 16560,9

H2 2,016 20,381 1334,6

HCl 36,465 188,127 16150,3

COCl2 98,92 280,721 24402,8

(Reklaitis, 1983)

Tabel LB.4 Data Panas Reaksi Pembentukan

Komponen Hf

(J/mol)

Cl2 0

CO -110,615

CH4 -74,901

CO2 -393,768

H2 0

HCl -92,36

COCl2 -108

(Reklaitis, 1983)

Tabel LB.5 Tekanan uap Antoine (kPa) ln P = A-(B/(t+C))

Komponen A B C

Cl2 14,1372 2055,15 -23,3117

CO 13,8722 769,93 1,6369

CH4 13,5840 968,13 -3,72

CO2 15,3768 1956,25 -2,1117

H2 12,7844 232,32 8,08

HCl 14,7081 1802,24 -9,6678

COCl2 14,5141 2525,43 -26,1643

(Reklaitis, 1983)

Tabel LB.6 Data steam dan air pendingin yang digunakan T (oC) λ (kJ/kg)

Air pendingin 30 3015,9484 70

(14)

Cl2 (l) _V-112 Cl2 (g) Saturated steam pada 3500C

Kondensat pada 800C Peralatan yang mengalami peneracaan energi, yaitu : - Vaporizer Cl2 - Kondensor

- Heater 1 Cl2 - Cooler 1 COCl2 Solution - Heater 2 CO - Cooler 2 COCl2 Produk

- Reaktor - Tangki CO

LB.1 Vaporizer Cl2 (V-112)

Pada reaktor, Cl2 yang digunakan adalah fasa gas, sedangkan dalam penyimpanannya Cl2 disimpan pada fasa cair, sehingga dibutuhkan vaporizer untuk merubah fasa Cl2 dari fasa cair menjadi fasa gas. Perhitungan steam yang digunakan untuk merubah fasa Cl2 dari cair menjadi gas adalah sebagai berikut :

Panas masuk pada alur 1 : T = 238,43 K (-34,72 oC), P = 1 atm;

(15)

Panas keluar pada alur 2 : T = 323,15 K (50 oC), P = 1 atm; = 203799,6037 kJ/jam

Jumlah panas yang dibutuhkan : Q = Qout - Qin

(16)

T = 50 0C P = 1 atm

T = 1350_C

P = 1 atm Saturated steam pada 3500_C

Kondensat pada 800C E-114

Cl2 (g) Cl2 (g)

2 3

Steam yang digunakan adalah saturated pada suhu 623,15 K (350 oC) dan keluar sebagai kondensat pada suhu 353,15 K (80 oC). Dari steam tabel (Reklaitis, 1983) diperoleh :

H (350 oC) = 2566,5 kJ/kg H (80 oC) = 334,9 kJ/kg

Kandungan panas steam :

∆H = H (350 oC) - H (80 oC) = 2566,5 kJ/kg – 334,9 kJ/kg

= 2231,6 kJ/kg

Jumlah steam yang diperlukan: m =

_{ }

H Q



kg/jam 85,0294

kJ/kg 6 , 2231

kJ/jam 0

189751,571 m

 

Tabel LB.7 Neraca Panas Vaporizer Cl2 (V-112) Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)

Umpan 14048,0331 -

Produk - 203799,6037

Steam 189751,5710 -

Total 203799,6037 203799,6037

LB.2 Heater 1 Cl2(E-114)

(17)

Panas keluar pada alur 3 : T = 408,15 K (135 oC), P = 1 atm; NSenyawa g



28,55 0,0236T -2,1363 x 10 T 6,473 x 10 T



dT

Qout = 40408,8534 kJ/jam

Qin = 203799,6037 kJ/jam

Qout = 40408,8534 kJ/jam

dQ/dt = Qout – Qin = 40408,8534 kJ/jam – 203799,6037 kJ/jam = 163390,750 kJ/jam

Kandungan panas steam :

= 2231,6 kJ/kg

Jumlah steam yang diperlukan: m =

Tabel LB.8 Neraca Panas Heater 1 Cl2 (E-114)

Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)

Umpan 203799,6037 203799,6037

Produk - 163390,750

Steam 163390,750 -

(18)

E-124 Saturated steam pada 3500C

Kondensat pada 800_C LB.3 Heater 2 CO (E-124) N_Senyawa _g

Contoh perhitungan untuk CO; Laju alir CO pada alur 5 adalah : NSenyawa g

dT

Qin = 55805,8398 kJ/jam

Tabel LB.9 Panas Masuk Heater 2 CO (E-124)

Komponen N

5

CO 9,4310 5419,3431 51109,8248

CH4 0,0167 7065,5957 117,9954

CO2 0,0242 6979,0300 168,8925

H2 0,6669 6611,3765 4409,1270

(19)

Panas keluar pada alur 6 : T = 408,15 K (135 oC), P = 1 atm; NSenyawa g

Contoh perhitungan untuk CO; Laju alir CO pada alur 6 adalah : N_Senyawa _g

dT

Qout = 35858,4421 kJ/jam

Tabel LB.10 Panas Keluar Heater 2 CO (E-124)

Komponen N

6

CO 9,4310 3358,7199 31676,0873

CH4 0,0167 6550,7352 109,3973

CO2 0,0242 6033,7700 146,0172

H2 0,6669 5888,3495 3926,9403

Total 35858,4421

Qin = 55805,8398 kJ/jam

Qout = 35858,4421 kJ/jam

(20)

R-210

Cl2 (g)

CO (g) CH4 (g) CO2 (g) H2 (g)

3

6

7 Air pendingin pada 300

C

Air pendingin bekas pada 700

C T = 1350C

P = 1 atm

T = 1350

C P = 1 atm

T = 1350

C P = 1 atm Kandungan panas steam :

= 2231,6 kJ/kg

Jumlah steam yang diperlukan : m =

_{ }

H Q



kg/jam 8,9386

kJ/kg 2231,6

kJ/jam 3977

, 9947 1 m

 

Tabel LB.11 Neraca Panas Heater 2 CO (E-124)

Umpan 55805,8398 55805,8398

Produk - -19947,3977

Steam -19947,3977 -

Total 35858,4421 35858,4421

LB.4 Reaktor (R-210)

(21)

Panas masuk reaktor (R-210), Qin = _

Contoh perhitungan untuk CO; Laju alir CO pada alur 6 adalah :

Tabel LB.12 Panas Masuk Reaktor (R-210)

Komponen N

3

(22)

dT

Qout = 132.993,9807 kJ/jam

Tabel LB.13 Panas Keluar Reaktor (R-210)

Komponen N

7

COCl2 9,3505 13884,5436 129827,4247

Total 132.993,9807

Reaksi :

Panas yang dilepaskan : Q = Qout – Qin + r.ΔHr

(23)

E-310

7 8

COCl2 (l) CO2 (l) Cl2 (l) CO (l) H2 (l) HCl (l) CH4 (l)

T = 1350_C P = 1 atm

T = 400_C P = 1 atm Air pendingin

pada 300C

Air pendingin bekas pada 700_C

Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 300C dan keluar pada suhu 700_{C. Air pendingin yang dibutuhkan :}

Air : H (700_{C) - H (30}0_{C) = [ H (70}0_{C) - H (25}0_{C) ]}–_{[ H (30}0_{C) - H (25}0_{C) ]}

=







15 , 303

15 , 301

) ( 15

, 343

15 , 301

)

( 2

2 dT Cp dT

CpHOl HOl

= 3015,9484 kJ/kg Jumlah air pendingin yang diperlukan :

m =

_{ }

H Q



kg/jam 793,9320

kJ/kg 3015,9484

kJ/jam 4438

, 025 . 33 1 m

 

Tabel LB.14 Neraca Panas Reaktor (R-210)

Umpan 133025,4438 -

Produk - 132993,9807

ΔHr - 31,4632

Total 133025,4438 133025,4438

LB.5 Kondensor (E-310)

Panas masuk pada alur 7 : T = 408,15 K (135 oC), P = 1 atm; Panas masuk Kondensor (E-310), Qin =





298,15

15 , 408 ( ) 7

dT Cp NSenyawa g

(24)

Maka panas masuk Kondensor (E-310), Qin =





298,15 N_Senyawa _g

dT

Qin = -136150,8375 kJ/jam

Tabel LB.15 Panas Masuk Kondensor (E-310)

Komponen N

7

COCl2 9,3505 -14213,9885 -132907,8999

Total -136150,8375

Panas keluar pada alur 8 : T = 313,15 K (40 oC), P = 1 atm; Panas keluar Kondensor (E-310),

Qout = N Cp dT Hvl Cp dT

(25)





 Hvl COCl2 : 24402,8 J/mol (Reklaitis, 1983) Maka : = 234109,7203 kJ/jam

Tabel LB.16 Panas Keluar Kondensor (E-310)

Komponen N

8 Cl2 0,0131 -1480,3899 20410,0000 2486,6333 21416,2434 280,5528

CO 0,0166 0,0000 0,0000 6737,6856 6737,6856 111,8456

CH4 0,0291 0,0000 0,0000 1162,1426 1162,1426 33,8183

CO2 0,0211 -9087,8094 16560,9000 0,0000 7473,0906 157,6822

H2 0,4652 0,0000 0,0000 7326,7859 7326,7859 3408,4208

HCl 0,0255 -7645,6179 16150,3000 0,0000 8504,6821 216,8694 COCl2 9,3505 -1785,5329 24402,8000 1969,7102 24586,9773 229900,5311

Total 234109,7203

(26)

E-322

9 11

COCl2 (g) Cl2 (g) CO (g) H2 (g) CH4 (g)

T = 400_C P = 1 atm

T = 320_C P = 1 atm Air pendingin

pada 300_C

Air pendingin bekas pada 700C

=







15 , 303

15 , 301

) ( 15

, 343

15 , 301

)

( 2

2 dT Cp dT

CpHOl HOl

m =

_{ }

H Q



kg/jam 2209,8157

kJ/kg 3015,9484

kJ/jam 7

370260,557 m

 

Tabel LB.17 Neraca Panas Kondensor (E-310)

Umpan -136150,8375 -136150,8375

Produk - 234109,7203

Q 234109,7203 -

Total 370260,5577 370260,5577

LB.6 Cooler 1 COCl2 Solution (E-322)

Panas masuk pada alur 9 : T = 313,15 K (40 oC), P = 1 atm; Panas masuk Cooler 1 COCl2 Solution (E-322), Qin =





298,15

15 , 313 ( ) 9

dT Cp N_Senyawa _g

(27)

Maka panas masuk Cooler 1 COCl2 Solution (E-322), Qin =





dT

Qin = -1118,7526 kJ/jam

Tabel LB.18 Panas Masuk Cooler 1 COCl2 Solution (E-322)

Komponen N

9

COCl2 0,4506 -1679,1457 -756,6230

Total -1118,7526

Panas keluar pada alur 11 : T = 305,15 K (32 oC), P = 1 atm; N_Senyawa _g

Contoh perhitungan untuk COCl2; Laju alir COCl2 pada alur 11 adalah : N11 = 0,4506 kmol/jam

Maka panas keluar Cooler 1 COCl2 Solution (E-322), Qout =





305,15 NSenyawa g

(28)





Qout = 551,8886 kJ/jam

Tabel LB.19 Panas Keluar Cooler 1 COCl2 Solution (E-322)

Komponen N

9

COCl2 0,4506 773,6600 348,6112

Total 515,8886

Q = 515,8886 kJ/jam – (-1118,7526) kJ/jam Q = -1634,6412 kJ/jam

Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 300_{C dan keluar} pada suhu 700C. Air pendingin yang dibutuhkan :

Air : H (700C) - H (300C) = [ H (700C) - H (250C) ] – [ H (300C) - H (250C) ] Jumlah air pendingin yang diperlukan :

(29)

E-325 Air pendingin

pada 300_C

Air pendingin bekas pada 700_C

COCl2 (l) CO2 (l) Cl2 (l) HCl (l)

Tabel LB.20 Neraca Panas Cooler 1 COCl2 Solution (E-322) Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)

Umpan -1118,7526 -1118,7526

Produk - -1634,6412

Air pendingin -1634,6412 -

Total 515,8886 515,8886

LB.7 Cooler 2 COCl2 Produk (E-324) NSenyawa l

Contoh perhitungan untuk COCl2; Laju alir COCl2 pada alur 10 adalah : NSenyawa l



13,5840 0,9042T -3,4122 x 10 T 4,6598 x 10 T



dT

(30)

Tabel LB.21 Panas Masuk Cooler 2 COCl2 Produk (E-324)

Komponen N

10

COCl2 8,9000 -1563,8322 -13918,1068

Total -13924,8204

Panas keluar pada alur 12 : T = 305,15 K (32 oC), P = 1 atm; N_Senyawa _l

Contoh perhitungan untuk COCl2; Laju alir COCl2 pada alur 12 adalah : N_Senyawa _l



13,5840 0,9042T -3,4122 x 10 T 4,6598 x 10 T



dT

Qout = 6467,3345 kJ/jam

Tabel LB.22 Panas Keluar Cooler 2 COCl2 Produk (E-324)

Komponen N

16

COCl2 8,9000 726,3119 6464,1760

Total 6467,3345

(31)

4 Refrigeran pada -1880

C

Refrigeran bekas pada -1850

C

CO (g) CH4 (g) CO2 (g) H2 (g) T = -1850

C P = 2 atm

=







15 , 303

15 , 301

) ( 15

, 343

15 , 301

)

( 2

2 dT Cp dT

CpHOl HOl

m =

_{ }

H Q



kg/jam 121,7059

kJ/kg 3015,9484

kJ/jam 20392,1549 m

 

Tabel LB.23 Neraca Panas Cooler 2 COCl2 Produk (E-324) Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)

Umpan -13924,8204 -13924,8204

Produk - 20392,1549

Air pendingin 20392,1549 -

Total 6467,3345 6467,3345

LB.8 Tangki CO (F-120)

Panas masuk pada alur 4 : T = 85,15 K (-188 oC), P = 1 atm; Panas masuk Tangki CO (F-120), Qin =





85,15

15 , 85 ( ) 4

dT Cp NSenyawa g

(32)

Maka panas masuk Tangki CO (F-120), Qin =





dT

Tabel LB.24 Panas Masuk Tangki CO (F-120) Komponen N10 NSenyawa g

Contoh perhitungan untuk CO; Laju alir CO pada alur 4 adalah : NSenyawa g

(33)





Qout = 2873,4904 kJ/jam

Tabel LB.25 Panas Keluar Tangki CO (F-120)

Komponen N4 85,1588,15 Cp(g) dT (kJ/jam) N4 Cp(g) dT (kJ/jam)

CO 9,4310 940,8861 8873,4970

CH4 0,0167 1094,6882 18,2813

CO2 0,0242 889,5370 21,5268

H2 0,6669 821,2122 547,6664

Total 9460,9715

Q = 9460,9715 kJ/jam – 0 kJ/jam Q = 9460,9715 kJ/jam

Refrigerant yang digunakan adalah propana yang masuk pada suhu -1880C dan keluar pada suhu -1560C. Refrigerant yang dibutuhkan :

Refrigerant = H (-1560_{C) - H (-188}0_{C) =} Jumlah refrigerant yang diperlukan :

m =

_{ }

Tabel LB.26 Neraca Panas Tangki CO F-120 (Kebutuhan Refrigerant) Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam)

Umpan 2873,4904 2873,4904

Produk - 164,7463

Refrigerant 164,7463 -

(34)

(35)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

1. Tangki Penyimpanan Cl2 (F-110)

Fungsi : Menyimpan Cl2 untuk kebutuhan 30 hari Bahan konstruksi : Low Alloy Steel SA- 202 Grade B

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

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Tekanan = 1 atm Temperatur = -34,72C

Laju alir massa = 663,6203 kg/jam

 = 719,5171 kg/m3 (Ullman, 2005). Kebutuhan perancangan = 30 hari

Faktor kelonggaran = 20 % Perhitungan:

a. Volume tangki

Volume bahan,Vl= ₃

/ 5171 , 719

/ 24 30

/ 6203 , 663

m kg

hari jam hari

jam

kg  

= 664,0656 m3 Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) x 664,0656 m3 = 796,8788 m3

b. Diameter dan tinggi shell Direncanakan :

 Tinggi shell : diameter (Hs : D = 5 : 4)

 Tinggi head : diameter (Hh : D = 1 : 4) - Volume shell tangki ( Vs)

Vs = 

4 1

D2 H

Vs = 3

16 5

D



(36)

Tinggi head (Hh) = 1/4  D Vh = D2H_h

4



= /4  D2(1/4  D)

= /16  D3 (Walas,1988) - Diameter dan tinggi shell

V = Vs + Vh 796,8788 = 3

16 5

D

 + 3

16D



D = 8,7782 m = 345,6 in Hs = 5/4 x 8,7782 m = 10,973 m c. Diameter dan tinggi tutup

Diameter tutup = diameter tangki = 8,7782 m Hh = 8,7782

4 1

Hh _

             

D

D = 2,1945 m

Ht (Tinggi tangki) = Hs + Hh = 13,1672 m d. Tebal shell tangki

Tinggi bahan dalam tangki =

3 3

796,8788 664,0656

m m

x 10,973 m = 9,1439 m PHidrostatik =  x g x l

= 719,5171 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 9,1439 m= 64,4762 kPa P0 = Tekanan operasi = 1 atm = 100 kPa

Faktor kelonggaran = 20 %

Pdesign = (1,2)(64,4762 + 100) = 197,3714 kPa

Joint efficiency (E) = 0,8 (Brownel & Young,1959) Allowable stress (S) = 21250 psia = 146513,65 kPa

Faktor korosi = 0,125 in Tebal shell tangki:

in 0,4162

125 , 0 kPa) 14 1,2(197,37 kPa)(0,8)

5 2(146513,6

in) (345,6 kPa)

(197,3714

125 , 0 1,2P 2SE

PD t



 



 

(37)

Tebal shell standar yang digunakan = 1 in (Brownel & Young,1959) e. Tebal tutup tangki

in 0,4162

125 , 0 kPa) 14 1,2(197,37 kPa)(0,8)

5 2(146513,6

in) (345,6 kPa)

(197,3714

125 , 0 1,2P 2SE

PD t



 



 



Tebal shell standar yang digunakan = 1 in (Brownel & Young,1959)

2. Tangki Penyimpanan CO (F-120)

Fungsi : Menyimpan CO untuk kebutuhan 30 hari Bahan konstruksi : Low Alloy Steel SA- 202 Grade B

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

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Tekanan = 15 atm Temperatur = -156C

 = 298,5139 kg/m3 (Ullman, 2005). Kebutuhan perancangan = 30 hari

Faktor kelonggaran = 20 % Perhitungan:

a. Volume tangki

Volume bahan, Vl= ₃

/ 5139 , 298

/ 24 30

/ 7359 , 266

m kg

hari jam hari

jam

kg  

= 643,3529 m3 Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) x 643,3529 m3 = 772,0235 m3

b. Diameter dan tinggi shell Direncanakan :

 Tinggi shell : diameter (Hs : D = 5 : 4)

(38)

- Volume shell tangki ( Vs) Vs = 

4 1

D2 Hs

Vs = 3

16 5

D



- Volume tutup tangki (Vh) Vh = 3

16D



(Walas,1988) - Diameter dan tinggi shell

V = Vs + 2Vh 772,0235 = 3

16 5

D

 + 2 3

16D



D = 8,2508 m = 324,8376 in Hs = 5/4 x 8,2508 m = 10,3136 m c. Diameter dan tinggi tutup

Diameter tutup = diameter tangki = 8,2508 m Hh = 8,2508

4 1

Hh _

             

D

D = 2,0627 m

Ht (Tinggi tangki) = Hs + 2Hh = 14,4391 m d. Tebal shell tangki

Tinggi bahan dalam tangki = ₃ 3

772,0235 643,3529

m m

x 10,3136 m = 8,5946 m PHidrostatik =  x g x l

= 298,5139 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 8,5946 m= 25,0990 kPa P0 = Tekanan operasi = 15 atm = 1500 kPa

Faktor kelonggaran = 20 %

Pdesign = (1,2) (25,0990 + 1500) = 1830,1188 kPa

Joint efficiency (E) = 0,8 (Brownel & Young,1959) Allowable stress (S) = 21250 psia = 146513,65 kPa

(39)

in 2,6849

125 , 0 kPa) 188 1,2(1830,1 kPa)(0,8)

5 2(146513,6

in) (324,8376 kPa)

(1830,1188

125 , 0 1,2P 2SE

PD t



 



  

Tebal shell standar yang digunakan = 1 in (Brownel & Young,1959) e. Tebal tutup tangki

in 2,6849

125 , 0 kPa) 188 1,2(1830,1 kPa)(0,8)

5 2(146513,6

in) (324,8376 kPa)

(1830,1188

125 , 0 1,2P 2SE

PD t



 



  

Tebal shell standar yang digunakan = 1 in (Brownel & Young,1959)

3. Pompa Vaporizer Cl2 (L-111)

Fungsi : memompa Cl2 dari tangki menuju vaporizer Jenis : pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi : -34,72 ºC dan 1 atm

Laju alir massa (F) = 663,6203 kg/jam = 0,4064 lbm/s

Densitas () = 719,5171 kg/m3 = 44,9179 lbm/ft3 (Ullman, 2005) Viskositas () = 0,0125 cP = 0,00001 lbm/ft.s

Laju alir volumetrik (Q) = ₃

/ 44,9179

/ 0,4064

ft lbm

s lbm

= 0,0090 ft3/s Desain pompa :

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 ()0,13 (Timmerhaus,1991) = 3,9 (0,0090 ft3/s )0,45 (44,9179 lbm/ft3)0,13

= 0,7697 in

Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1983, dipilih pipa commercial steel :

Ukuran nominal : 1 in

(40)

Diameter Dalam (ID) : 1,049 in = 0,0874 ft Diameter Luar (OD) : 1,315 in = 0,1096 ft Inside sectional area : 0,006 ft2

Kecepatan linear, v = Q/A = ₂ Friction loss :

1 Sharp edge entrance= hc = 0,55

c

= 0,0707 ft.lbf/lbm

Pipa lurus 80 ft = Ff = 4f

= 0,5174 ft.lbf/lbm

(41)

Total friction loss :  F = 0,6270 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :









0

2

1 ₂ ₁

1 2 2

1 2

2   

   

v g z z P P F W_s

v



 (Geankoplis,1983)

dimana : v1 = v2

P1 = P2 = 100 kPa = 2088,5547 lbf/ft²

Z = 40 ft Maka :



40



0 0,6270 . / 0

. / . 174 , 32

/ 174 , 32 0

2 2

  



 ft ftlbf lbm W_s

s lbf lbm ft

s ft

Ws = -40,6270 ft.lbf/lbm

P Effisiensi pompa , = 75 %

Ws = -  x Wp

-40,6270 = -0,75 x Wp Wp = 54,1693 ft.lbf/lbm

Daya pompa : P = m x Wp

=

_

_

_

lbm/s 54,1693ft.lbf/lbm 3600

45359 , 0

663,6203 _

x

s lbf ft

hp / . 550

1

= 0,0400 Hp

Maka dipilih pompa dengan daya motor = 0,5 Hp

4. VaporizerCl2(V-112)

Fungsi : Menaikkan temperatur Cl2 serta mengubah fasanya dari cair menjadi gas

Jenis : 2 – 4 shell and tube exchanger

Dipakai : 1 in OD tube 18 BWG, panjang = 12 ft, 2 pass - Fluida panas

Laju alir fluida panas = 85,0294 kg/jam = 187,4558 lbm/jam Temperatur awal (T1) = 350 °C = 662 °F

(42)

- Fluida dingin

Laju alir fluida dingin = 663,6203 kg/jam = 1463,0173 lbm/jam Temperatur awal (t1) = -34,72 °C = -30,496 °F

Temperatur akhir (t2) = 50 °C = 122 °F

Panas yang diserap (Q) = 189751,5710 kJ/jam = 179849,0806 Btu/jam

(1) t = beda suhu sebenarnya

Fluida Panas Fluida Dingin Selisih

T1 = 662 °F Temperatur yang lebih tinggi t2 = -30,496 °F t1 = 540 F

Dari Gambar 19, Kern, 1965 diperoleh FT = 0,875

Maka t = FT  LMTD = 0,875  346,9345 = 303,5677 F

Dalam perancangan ini digunakan vaporizer dengan spesifikasi: - Diameter luar tube (OD) = 1 in

- Jenis tube = 18 BWG

(43)

a. Dari Tabel 8, hal. 840, Kern, 1965, vaporizer untuk fluida panas steam dan fluida dingin heavy organics, diperoleh UD = 6 – 60, faktor pengotor (Rd) = 0,003

Diambil UD = 30 Btu/jamft2F

Luas permukaan untuk perpindahan panas,

F

b. Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 8 tube dengan ID shell 6 in.

Fluida panas : steam, tube

(3) Flow area tube,at’ = 0,639 in2 (Tabel 10, Kern, 1965)

(4) Kecepatan massa:

(44)

Pada tc = 45,752 F

 = 1,39 cP = 3,36255 lbm/ft2jam (Gambar 14, Kern, 1965) Dari tabel 10, Kern, untuk 1 in OD, 18 BWG, diperoleh :

ID = 0,902 in = 0,0752 ft

Re_t 236,07879

(6) Taksir jH dari Gbr. 24 Kern (1965), diperoleh jH = 3 pada Ret = 307,5783 (7) Pada tc = 45,752 F

Fluida dingin : bahan, shell

(3’) Flow area shell

(45)

B = Baffle spacing = 5 in

(4’) Kecepatan massa

(5’) Bilangan Reynold

Pada Tc = 419 0F

(6) Taksir JH dari Gambar 28, Kern, diperoleh JH = 190 pada Res = 90661,9912

(46)

F

(10) Clean Overall Coefficient, UC

F

(Pers. (6.38), Kern, 1965) (11) Faktor pengotor, Rd

0,00304

Rd hitung  Rd ketentuan, maka spesifikasi pendingin dapat diterima.

Pressure drop

(47)

Fluida dingin : sisi shell (1) Untuk Res = 69670,3710

f = 0,0013 ft2/in2 (Gambar 29, Kern, 1965) s =1

s = 0,99 (2)

B L x 12 1

N 

5 12 x 12 1

N  = 28,8 (Pers. (7.43), Kern, 1965)

Ds = 28,8/6 = 0,2083 ft

(3)

s .s. e D . 10 10 . 22 , 5

1) (N . s D . 2 s G f. s P

  

 (Pers. (7.44), Kern, 1965)

(1) (0,99) (0,06)

10 10 . 22 , 5

(28,8) (0,2083)

2 5) (35112,415 0,0013

s P

 



 

 

 = 0,0037 psi

Ps yang diperbolehkan = 10 psi

5. Blower Cl2 (G-113)

Fungsi : Memompa gas Cl2 dari vaporizer menuju Heater Jenis : Blower sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial Steel

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Tekanan = 100 kPa

Temperatur = 50 oC = 323,15 K Laju alir = 0,6636 kmol/jam Laju alir volum gas Q =

kPa 00 1

K 323,15 x

kPa/kmol.K m

8,314 x kmol/jam

0,6636 3

(48)

33000 Q efisiensi 144

P   (Perry, 1999) Efisiensi blower,  = 75 

Sehingga,

33000 17,8293 0,75

144

P   = 0,0584 Hp

Maka dipilih blower dengan daya 0,5 Hp.

6. Heater 1 Cl2 (E-114)

Fungsi : Menaikkan temperatur Cl2 sebelum diumpankan ke reaktor Jenis : DPHE

Dipakai : pipa 2 x 1 4

1 in IPS, 12 ft hairpin Jumlah : 1 unit

Fluida panas

Laju alir fluida masuk = 73,2169 kg/jam = 161,4165 lbm/jam Temperatur awal (T1) = 350°C = 662°F

Temperatur akhir (T2) = 80°C = 176°F Fluida dingin

Laju alir fluida dingin = 663,6203 kg/jam = 1463,0400 lbm/jam Temperatur awal (t1) = 50°C = 122°F

Temperatur akhir (t2) = 135°C = 275°F

T1 = 662F Temperatur yang lebih tinggi t2 = 275F t1 = 387F T2 = 176F Temperatur yang lebih rendah t1 = 122F t2 = 54F

T1– T2 = 486F Selisih t2– t1 = 153F t2 –t1 = -333F

169,0835

387 54 ln

333

-t t l L

1 2

1

2 

            

 

   

n t t

MTD F

(49)

419

Fluida panas : anulus, steam (3) flow area

(4) kecepatan massa

(50)

)

Fluida dingin : inner pipe, Cl2

(3’) 0,115ft

(4’) kecepatan massa

2

(51)

(10) clean averall coefficient, Uc

(12) luas permukaan yang diperlukan Q = UD x A x Δ t

Panjang yang diperlukan 236,2287ft 0,435

102,7595

 

Berarti diperlukan 10 pipa hairpin 12 ft.

(13) luas sebenarnya = 10 x 12 x 2 x 0,435 = 104,4 ft2

Pressure drop

Fluida panas : anulus, steam

(52)

ΔPa 0,0166 psi 144

62,5 0,0016)

(0,0539  _



Pa yang diperbolehkan = 2 psi

Fluida dingin : inner pipe, Cl2

(1’) Rep’= 405872,2732

F 0,0047

2 405872,273

264 , 0 0035

,

0  _0,42 

 (pers.(3.47b),kern)

s = 0,98 , ρ = 1253

(2’) ΔFp 0,0006ft

0,115 1253

10 . 18 . 4 2

240 140925,912 x

0,0045 4

2 4

2 8

2

2 2

 

 

 

D g

L fGp



(3’) ΔPp 0,0051psi

144 1253

0,0006 _



Pp yang diperbolehkan = 10 psi

7. Ekspander CO (G-122)

Fungsi : Menurunkan tekanan CO dari tangki penyimpanan sebelum diumpankan ke heater

Jenis : Ekspander centrifugal Jumlah : 1 unit

Data:

campuran = 298,5139 kg/m3 = 18,636 lbm/ft3

Laju alir volumetrik (Q) = m jam

m kg

jam kg

/ 0,8935 /

5139 , 298

/ 7359 ,

266 3

3 

= 0,3857 ft3/mnt = 0,0067 ft3/detik Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan :

De = 3,9 (Q)0,45( )0,13 (Timmerhaus,1991) = 3,9 (0,0067 ft3/detik)0,45(18,636 lbm/ft3)0,13

= 0,5996 in

(53)

 Diameter dalam (ID) = 1,049 in = 0,0874 ft

Jika efisiensi motor adalah 75 %, maka :

P = -0,0097 hp

Fungsi : Menaikkan temperatur CO sebelum diumpankan ke Reaktor Jenis : DPHE

Dipakai : pipa 2 x 11 in IPS, 12 ft hairpin ₄ Jumlah : 1 unit

Fluida panas

Laju alir fluida dingin = 266,7359 kg/jam = 588,0551 lbm/jam Temperatur awal (t1) = -156°C = -248,8°F

(54)

Fluida panas : anulus, steam (3) flow area tube

(4) kecepatan massa

(55)

k = 0,0563 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)

Fluida dingin : inner pipe, Klorin

(3’) 0,115ft

(56)

)

Panjang yang diperlukan 39,8132ft 0,435

17,3187_



Berarti diperlukan 2 pipa hairpin ukuran12 ft. (13) luas sebenarnya = 2 x 24 x 0,435 = 20,88 ft2

Pressure drop

Fluida panas : anulus, steam

(57)

(3) V 0,0022Fps

Fluida dingin : inner pipe, klorin

(1’) Rep’= 169292,6147

9. Blower CO (G-123)

Fungsi : Memompa gas CO dari heater menuju reaktor Jenis : Blower sentrifugal

Jumlah : 1 unit

(58)

Sehingga,

33000 0,1732 0,75

144

P   = 0,0006 Hp

Maka dipilih blower dengan daya 0,5 Hp

10. Reaktor (R-210)

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi fosgenasi Jenis : plug flow reactor

Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : cabon steel SA-299

Jumlah : 1 unit

Reaksi yang terjadi:

Reaksi utama : CO + Cl2  COCl2

Temperatur masuk = 135 oC = 408,15 K Temperatur keluar = 135 oC = 408,15 K Tekanan operasi = 100 kPa

Laju alir massa = 930,3561 kg/jam Laju alir molar = 19,4882 kmol/jam

Waktu tinggal () reaktor = 16 dtk-1 = 0,0044 jam-1 (Perry, 1999) Perhitungan :

Desain Tangki Cao =

) 15 , 408 )( /

. 314 , 8 (

100 0,4802

3

K molK

m Pa

kPa x

RT P y_A

 = 14,1510 M

(59)

V = 3 3

1

6,1207 /

14,1510

) / 4882 , 19 .( 0044

, 0

m m

mol

jam kmol jam

C F

AO

AO  

 

Katalis yang digunakan adalah Karbon aktif - Wujud : Kristal

- Dimensi : (50x20x4) mm

- ε : 0,4 (Roop, 2005) V =  Vr

3 3

r 15,3018

0,4 m 6,1207 ε

V

V    m

b. Jumlah tube Direncanakan:

Diameter tube (OD) = 10 cm Panjang tube = 14 m

Pitch (PT) = 15 square pitch Jumlah tube =

.14 π.(0,10)

21,3018 2 4

1 = 13,9616 = 14 tube

c. Tebal tube

Tekanan operasi = 100 kPa Faktor kelonggaran = 5 %

Maka, Pdesain = (1,05) (100 kPa) = 105 kPa

Joint efficiency = 0,8 (Brownel & Young,1959) Allowable stress = 129276,75 kPa (Brownel & Young,1959)

in 0,0020 m

0,00005

kPa) 1,2(105 kPa)(0,8)

5 2(129276,7

m) (0,10 kPa) (105 1,2P 2SE

PD t

 

 

Faktor korosi = 0,125 in

Maka tebal tube yang dibutuhkan = 0,0020 in + 0,125 in = 0,1270 in Tebal tube standar yang digunakan = ½ in (Brownel & Young,1959)

(60)

Diameter shell (D)=

100 ) OD P

( 2 100

2 ) 1 tube ( P

( _T  _T 

   

=

100 ) 10 15 ( 2 100

2 ) 1 27 ( 13

(  

   

= 2,8577 m

Tinggi shell (H) = panjang tube = 14 m e. Diameter dan tinggi tutup

Diameter tutup = diameter tangki = 2,8577 m

Rasio axis = 2 : 1 (Brownel & Young,1959) Tinggi tutup = 0,7144m

2 2,8577 2

1 _

   

 

f. Tebal shell dan tebal tutup

Tekanan operasi = 100 kPa Faktor kelonggaran = 5 %

Maka, Pdesain = (1,05) (100 kPa) = 105 kPa

Joint efficiency = 0,8 (Brownel & Young,1959) Allowable stress = 129276,75 kPa (Brownel & Young,1959)

in 0,0571 m

0,0015

kPa) 1,2(105 kPa)(0,8)

5 2(129276,7

m) (2,8577 kPa)

(105 1,2P 2SE

PD t

 

 

Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0571 in + 0,125 in = 0,1821 in Tebal shell standar yang digunakan = ¼ (Brownel & Young,1959) Tutup shell dan tutup tangki = ¼ in

Perancangan pipa pemanas

Fluida panas = umpan masuk

Laju alir masuk = 930,3561 kg/jam = 2051,0948 lbm/jam Temperatur awal = 135°C = 275°F

(61)

Laju air = 793,9320 kg/jam = 1750,3296 lbm/jam Temperatur awal = 30°C = 86°F

Temperatur akhir = 70°C = 158°F

Fluida Panas Fluida dingin Selisih

T1 = 275F Temperatur yang lebih tinggi t2 = 158F t1 = 117F T2 = 275F Temperatur yang lebih rendah t1 = 86F t2 = 189F

T1– T2= 0F

Selisih

t2– t1 = 72F t2 –t1 = 72F

150,1335 117

189 ln

72 Δt

Δt ln

Δt Δt LMTD

1 2

1

2 

            



 F

0 t t

T T R

1 2

2

1 

  

0,3810 86

275 72 t

T t t S

1 1

1

2 

    

Maka t = 150,1335F

Pipa yang dipilih

Ukuran nominal = 16 in

Schedule = 80

ID = 14,314 in = 1,1928 ft

OD = 16 in = 1,333 ft

Surface perlin ft = 4,19 ft2/ft

Flow area per pipe = 160,7 in2 = 1,1160 ft2

Panjang = 15 m = 49,2126 ft

Fluida panas: sisi pipe, umpan

(1) at’ = 160,7 in2

t t

a w

G 

9443 , 1837 1,1160

2051,0948

 

t

G lbm/jam.ft2

(62)

 = 0,15 cP = 0,3629 lbm/ft2jam

Fluida dingin: sisi shell, air pendingin

(63)

F ft Btu/jam 4,5908

4860 , 9 8,8962

9,4860 8,8962

h h

U 2

o io

C _   

 

 



Rd = 0,003, hd = 003 , 0

1

= 333,3333

UD =

333,3333 5908

, 4

333,3333 5908

, 4 h U

h U

d c

  

 

= 4,5285

A =

150,1335 4,5285

4 126083,297 Δt

U Q

D 



 = 185,4511 ft

2

Luas permukaan setiap pipa (tube) = 5,2672 ft2/ft ×49,212 ft = 206,2008 ft2 Jumlah pipa vertikal =

206,2008 185,4511

= 0,8994  1 buah

11. Blower Reaktor (G-211)

Fungsi : Memompa produk gas dari reaktor menuju kondensor Jenis : Blower sentrifugal

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Tekanan = 100 kPa

Temperatur = 135 oC = 408,15 K Laju alir (N9) = 0,9304 kmol/jam Laju alir volum gas Q =

kPa 00 1

K 408,15 x

kPa/kmol.K m

8,314 x kmol/jam

0,9304 3

= 31,5703 m3 /jam

Daya blower dapat dihitung dengan persamaan,

Sehingga,

33000

31,5703 0,75

144

P   = 0,1033 Hp

(64)

12. Kondensor 1 (E-310)

Fungsi : Mengubah fasa uap Fosgen dan campurannya menjadi fasa cair Jenis : 1-2 shell and tube exchanger

Dipakai : 1 in OD tube 18 BWG, panjang = 12 ft, 2 pass Fluida panas

t = beda suhu sebenarnya

T1 = 275F Temperatur yang lebih tinggi t2 = 158F t1 = 117F T2 = 104F Temperatur yang lebih rendah t1 = 86F t2 = 182F T1– T2 = 171F Selisih t2– t1 = 72F t2 –t1 = -99F

52,8902

117 18 ln

99

-Δt Δt

ln

Δt Δt

LMTD

1 2

1

2 

            



 F

2,3750 72

171 t

t T T R

1 2

2

1  

  

0,3810 386

275 72 t

T t t S

1 1

1

2 

    

Dari Fig. 18 Kern , 1965 diperoleh FT = 0,75

Maka : t = FT  LMTD = 0,75  52,8902 = 39,6677F Tc dan tc

189,5 2

104 275 2

T T

T 1 2

c 

  

(65)

122

Dalam perancangan ini digunakan kondensor dengan spesifikasi: - Diameter luar tube (OD) = 1 in

Luas permukaan untuk perpindahan panas,

2

Jumlah tube, 56,3213

/ft

2. Dari Tabel 9, hal 842, Kern, 1965, nilai yang terdekat adalah 66 tube dengan ID shell 13 ¼ in.

Fluida dingin: sisi tube

(1) Flow area tube,at’ = 0,639 in2 (Tabel 10, Kern)

(66)

(3) Bilangan Reynold Pada tc = 122F

 = 0,57 cP = 1,3789 lbm/ft2jam (Gbr. 14, Kern) Dari tabel 10, Kern, untuk 1 in OD, 18 BWG, diperoleh :

ID = 0,902 in = 0,0752 ft

(67)

Fluida panas: sisi shell

(1’) Flow area shell

2

(2’) Kecepatan massa

G lbm/jam.ft2

(3’) Bilangan Reynold

(68)

(6’) 3

(8) Clean Overall Coefficient, UC

F (9) Faktor pengotor, Rd

0,0371

Rd hitung  Rd batas, maka spesifikasi kondensor dapat diterima Pressure drop

(69)

psi 0,0082

.0,001 0,98

(4).(2) 2g'

2 V . s 4n r ΔP

  

PT = Pt + Pr

= 0,0028 psi + 0,0082 psi = 0,0110 psi

Pt yang diperbolehkan = 10 psi Fluida panas : sisi shell

(1) Untuk Res = 2162,0135

f = 0,00035 ft2/in2 (Gbr. 29, Kern) s =1

s = 0,99 (2)

B L x 12 1

N 

5 12 x 12 1

N  = 28,8 (Pers. (7.43), Kern)

Ds = 13,25 /28,8 = 0,4601 ft

(3)

s



s. . e D . 10 10 . 22 , 5

1) (N . s D . 2 s G f. s P

 

 (Pers. (7.44), Kern)

(1) (0,99). (0,72)

. 10 10 . 22 , 5

(28,8) (0,5990). .

2 9) (22290,800

0,00035. s

P 

 = 0,00037 psi

Ps yang diperbolehkan = 10 psi

13. Pompa Kondensor (L-311)

Fungsi : memompa produk dari kondensor menuju KO Drum Jenis : pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : commercial steel Kondisi operasi : 40 ºC dan 1 atm

(70)

Densitas () = 1375,3148 kg/m3 = 85,8579 lbm/ft3 (Ullman, 2005) Viskositas () = 0,0110 cP = 0,0000074 lbm/ft.s

Laju alir volumetrik (Q) = ₃

/ 85,8579

/ 0,5697

ft lbm

s lbm

= 0,0066 ft3/s Desain pompa :

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 ()0,13 (Timmerhaus,1991) = 3,9 (0,0066 ft3/s )0,45 (85,8579 lbm/ft3)0,13

= 0,7283 in

Schedule number : 40

Kecepatan linear, v = Q/A =

2 3

006 , 0

/ 0066 , 0

ft s ft

= 1,1069 ft/s

Bilangan Reynold : NRe =



vD

=

lbm/ft.s 0,0000074

) 0874 , 0 )( / 1,1060 )( / 8579 , 85

( 3

ft s

ft ft

lbm

= 1122407,6439 (Turbulen)

Untuk pipa commercial steel, harga  = 0,000046 (Geankoplis, 1983) Pada NRe = 1122407,6439 dan /D =

ft ft 0874 , 0

000046 ,

0

= 0,0005

Dari Fig.2.10-3 Geankoplis,1983 diperoleh harga f = 0,004 Friction loss :

c

g v A A



2 1

2

1 2

   

 



= 0,55



  

_

174 , 32 1 2

1,1060 0

1

2

(71)

3 elbow 90° = hf = n.Kf.

= 0,0,0428 ft.lbf/lbm

1 check valve = hf = n.Kf.

= 0,0380 ft.lbf/lbm

= 0,2783 ft.lbf/lbm

1 Sharp edge exit = hex = 0,55 Dari persamaan Bernoulli :









0 Ws = -40,3800 ft.lbf/lbm

(72)

= 0,0558 Hp

14. Knock-out Drum 1 (V-320)

Fungsi : Memisahkan COCl2 produk dengan gas COCl2 Solution Bentuk : Silinder horizontal dengan tutup ellipsoidal

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212 grade B Jenis sambungan : Double welded butt joints Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Temperatur = 40°C

Tekanan = 1 atm

Laju alir gas, Fgas = 46,5178 kg/jam Laju alir cairan, Fcairan = 883,8384 kg/jam Laju alir gas, Ngas = 0,9587 kmol/jam Laju alir cairan, Ncairan = 8,9663 kmol/jam

Tabel LC.3 Komposisi Gas pada Knock-out Drum 1 (V-101)

Komponen BM Laju Alir (kmol/jam) % mol BM x % mol

COCl2 98.92 0,4509 0.4704 46.5305

CO 28.01 0,0166 0.0173 0.4852

Cl2 70.914 0,0007 0.0007 0.0485

CH4 16.042 0,0290 0.0303 0.4852

H2 2.016 0,4615 0.4814 0.9704

Total 0,9587 1 48.5198

Tabel LC.3 Komposisi Cairan pada Knock-out Drum 1 (V-101)

Komponen BM Laju Alir (kmol/jam) % mol BM x % mol

COCl2 98.92 8,9072 0.9934 98.2679

CO2 44.011 0,0211 0.0024 0.1038

Cl2 70.914 0,0125 0.0014 0.0984

HCl 36.465 0,0255 0.0028 0.1038

Total 8,9663 1 98.5731

ρgas =

K) K)(313,15 atm/kmol

m (0,082

kg/kmol) (48,5176

atm) (1 RT

BM P

3 av 

= 1,8635 kg/m3 = 0,1163 lbm/ft3 cairan

(73)

Volume gas, Vgas = av ₃ kg/m 8635 , 1

kmol/jam) ,9587

kg/kmol)(0 5176

, 48 ( ρ

N BM



= 24,9611 m3/jam = 0,2449 ft3/detik

Volume cairan, Vcairan = ₃

kg/m 3292,4941

kg/jam 883,8384 ρ

F _

= 0,2684 m3/jam = 0,0026ft3/detik Kecepatan linear yang diinjinkan :

1 14

.

0 



gas u

 

(Walas,1988)

= 1 

0,1163 164,0185 14

.

0 0,0526 ft/detik

Diameter tangki :

D =  

) 0,0526 )(

4 / (

0,2449 )

4 /

( u 

Vgas

2,4352 ft = 0,7422 m (Walas,1988) Tinggi kolom uap minimum = 5,5 ft (Walas,1988) Waktu tinggal = 15 menit = 900 s

Tinggi cairan, Lcairan = ₂

3

2

) 2,4352 )(

4 / (

900 /

0,0026 )

4 /

( ft

s s

ft D

V

 



 = 0,5091 ft

= 0,1552 m Panjang kolom ; L = Lcairan + Luap

= 0,5091 + 5.5 = 6,0091 ft

2,4676

2,4352 6,0091_



D L

Karena L/D < 3 maka spesifikasi tangki vertikal dapat diterima sehingga tidak dilakukan trial terhadap diameter (Walas, 1988)

Perhitungan tebal shell tangki : PHidrostatik =  x g x l

= 3292,4941 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,1552 m = 5,0071 kPa

P0 = Tekanan operasi = 105,0071 kPa

(74)

Pdesign = (1,2) (105,0071) = 126,0085 kPa

Joint efficiency (E) = 0,8 (Brownel & Young,1959) Allowable stress (S) = 120.645 KPa (Brownel & Young,1959) a. Tebal shell tangki:

in 0,0191 m

0,0005

kPa) 85 1,2(126,00 kPa)(0,8)

2(120.645

m) (0,8416 kPa)

(126,0085 1,2P 2SE

PD t

 

 

Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0191 in + 0,125 in = 0,1441 in Tebal shell standar yang digunakan = 1₂_{in (Brownel & Young,1959)} b. Tutup tangki

Diameter tutup = diameter tangki = 0,7422 m

Ratio axis = Lh:D = 1: 4

Lh = 0,7422

4 1 Lh

              

D

D = 0,1856 m

L (panjang tangki) = Ls + 2Lh

Ls (panjang shell) = 1,8316 m – 2(0,1856 m) = 1,4605 m

Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell sehingga tebal tutup 1₂_in.

15. Blower COCl2 Solution (G-321)

Fungsi : Memompa produk COCl2 solution dari KO Drum menuju cooler 1

Jenis : Blower sentrifugal Bahan konstruksi : Commercial Steel

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Tekanan = 100 kPa

(75)

Laju alir = 0,0465 kmol/jam Laju alir volum gas Q =

kPa 00 1

K 313,15 x

kPa/kmol.K m

8,314 x kmol/jam

0,0465 3

= 1,2111 m3 /jam

Daya blower dapat dihitung dengan persamaan,

Sehingga,

33000 1,2111 0,75

144

P   = 0,0051 Hp

Maka dipilih blower dengan daya 0,5 Hp

16. Cooler COCl2 Solution(E-322)

Fungsi : Menurunkan temperatur COCl2 Solution sebelum diumpankan ke absorber

Jenis : DPHE

Dipakai : pipa 2 x 11 in IPS, 12 ft hairpin ₄ Jumlah : 1 unit

Fluida panas

Temperatur akhir (T2) = 32°C = 89,6°F Fluida dingin

Panas yang diserap (Q) = 1634,6412 kJ/jam = 1549,3348 Btu/jam (1) t = beda suhu sebenarnya

(76)

T1 = 104F Temperatur yang lebih tinggi t2 = 158F t1 = -54F

Fluida dingin : anulus, air (3) flow area (4) kecepatan massa

(77)

k = 0,0089 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft)

Fluida panas : inner pipe, COCl2 Solution

(3’) 0,115ft

(78)

)

Panjang yang diperlukan 144,0460 ft 0,435

62,66_



Berarti diperlukan 7 pipa hairpin ukuran 12 ft. (13) luas sebenarnya = 7 x 24 x 0,435 = 73,0800 ft2

Pressure drop

(79)

Fi 0,0003 ft

Pa yang diperbolehkan = 10 psi

Fluida panas : inner pipe, klorin

(1’) Rep’= 11062,0458

17. Pompa COCl2 (L-323)

Fungsi : memompa produk dari KO Drum menuju Cooler 2 Jenis : pompa sentrifugal

(80)

Schedule number : 40

Kecepatan linear, v = Q/A = ₂ Friction loss :

c

= 0,0128 ft.lbf/lbm

1 check valve = hf = n.Kf.

= 0,0342 ft.lbf/lbm

(81)

1 Sharp edge exit = hex = 0,55

c g v A

A

. . 2 1

2 2

2 1

    

 



= 0,55



  

_

174 , 32 1 2

1,0489 0

1

2

 = 0,0094 ft.lbf/lbm

Total friction loss :  F = 0,3162 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :









0

2

1 ₂ ₁

1 2 2

1 2

2   

   

v g z z P P F W_s

v



 (Geankoplis,1983)

dimana : v1 = v2

P1 = P2 = 100 kPa = 2088,5547 lbf/ft²

Z = 40 ft Maka :



40



0 0,3162 . / 0

. / . 174 , 32

/ 174 , 32

0 ₂

2

  



 ft ftlbf lbm Ws

s lbf lbm ft

s ft

Ws = -40,3162 ft.lbf/lbm

P Effisiensi pompa , = 75 %

Ws = -  x Wp

-40,3162 = -0,75 x Wp Wp = 53,7549 ft.lbf/lbm

Daya pompa : P = m x Wp

=



0,45359



3600



lbm/s 53,7549ft.lbf/lbm

883,8384 _

x

s lbf ft

hp / . 550

1

= 0,0529 Hp

18. Cooler COCl2(E-324)

Fungsi : Menurunkan temperatur COCl2 Solution sebelum disimpan dalam tangki penyimpanan

(82)

Dipakai : pipa 2 x 1 4

1 in IPS, 12 ft hairpin Jumlah : 1 unit

Fluida panas

Temperatur akhir (T2) = 32°C = 89,6°F Fluida dingin

T1 = 104F Temperatur yang lebih tinggi t2 = 158F t1 = -54F T2 = 89,6F Temperatur yang lebih rendah t1 = 86F t2 = 3,6F

T1– T2 = 14,4F Selisih t2– t1 = 72F t2 –t1 = 57,6F

21,2699

54 6 , 3 ln

6 , 57

ln 1 2

1

2 

            

 

   

t t

LMTD __F

(3) Tc dan tc

8 , 96 2

6 , 89 104 2

T T

T 1 2

c 

  

 F

122 2

158 86 2

t t

t 1 2

c 

  

 F

Fluida dingin : anulus, air (3) flow area

ft 0,1723 12

2,067

D₂   (Tabel 11, kern)

ft 0,1383 12

1,66

(83)









2 (4) kecepatan massa

2

Fluida panas : inner pipe, Cl2