LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Hasil perhitungan neraca massa pada proses pembuatan Natrium Nitrat dari Asam Nitrat dan Natrium Klorida diuraikan sebagai berikut :

Kapasitas produksi = 2.000 ton/tahun = 2000.000 kg/tahun Waktu operasi = 330 hari/tahun Basis perhitungan = 1 jam operasi

Berat molekul = - HNO3 = 63,02 gr/mol - NaCl = 58,45 gr/mol - NaNO3 = 85,01 gr/mol - NOCl = 65,47 gr/mol - Cl2 = 70,91 gr/mol - H2O = 18,00 gr/mol (Anonim, 2010) Bahan baku = - Asam Nitrat (HNO3)

- Natrium Klorida (NaCl) Komposisi Reaktan = - Asam Nitrat (60 %)

- NaCl (99 %)

Produk Utama = - Natrium Nitrat (NaNO3) Produk Samping - Nitrosil Klorida (NOCl)

- Klorin (Cl2) Produksi Natrium Nitrat =

jam hari x tahun hari tahun kg / 24 / 330 / 2000000 _{= 252 kg/jam}

Kemurnian produk = 98 % (Othmer, 1968)

Misal : - F = laju alir massa, kg/jam

- W = fraksi massa

- N = laju alir mol, kmol/jam - X = fraksi mol

(2)

F1_{= NaCl 99%} F3= HNO360%

F10= alurrecycleNaCl dari evaporator

F5_{= produk gas ( NOCl dan Cl2)} F4_{= produk (NaNO3), sisa}

reaktan (NaCl dan HNO3) dan air

Adapun pada Pra-Rancangan Pabrik Natrium Nitrat ini, penulis menggunakan alur mundur pada pengerjaannya.

A.1 Reaktor (R-130)

Fungsi : tempat terjadinya reaksi antara Natrium Klorida (NaCl) dan Asam Nitrat (HNO3) hingga membentuk Natrium Nitrat (NaNO3), Nitrosil Klorida (NOCl), gas Klorin (Cl2) dan air (H2O).

3 NaCl_{( s )}+ 4 HNO_{3( l )} 3 NaNO_{3( s )}+ NOCl_{( g )}+ Cl_{2( g )}+ 2 H₂O_{( l )}

Bahan baku yang digunakan adalah HNO3 60% dan NaCl 99%. Perbandingan laju alir molar HNO3 denganNaCl = 1,3. Konversi reaktan adalah 98% dengan HNO3 sebagai reaktan pembatas.

Pada reakton, berlaku rumus :

= (Reklaitis, 1983)

Alur 3 :

Zat yang masuk pada alur 2 yaitu HNO3dan air. Dari alur 12 diperoleh :

2,822009057 kmol/jam, sehingga : = =0,940669686 kmol/jam = (Reklaitis, 1983) = =3,839468104 kmol/jam = =241,9632799 kg/jam = = = 403,2721332 Reaktor

(3)

403,2721332 – 241,9632799 = 161,3088533 kg/jam 8,96160296 kmol/jam

(3,839468104 + 8,96160296) kmol/jam =12,80107106 kmol/jam

Alur 1

Zat yang masuk pada alur 1 yaitu NaCl dan air.

= = =2,953437003 kmol/jam 2,953437003 kmol/jam . 58,45 = 172,6283928 kg/jam kg/ja - 172,6283928 kg/jam = 1,74372114 kg/jam = 0,096873397 kmol/jam 2,953437003 kmol/jam + 0,096873397 kmol/jam 3,0503104 kmol/jam Alur 10

Zat yang masuk pada alur 10 yaitu NaCl dan air. Alur ini merupakan alur recycle dengan rasio ) dengan (

kg/jam = 34,744228 kg/jam 34,8744228 kg/jam = 17,4372114 kg/jam 0,29832697 kmol/jam 34,8744228–17,4372114)kg/jam=17,4372114 kg/jam kmol/jam 0,29832697 kmol/jam + kmol/jam

(4)

1,267060937 kmol/jam

Alur 5

Zat yang keluar pada alur 3 yaitu NOCl dan Cl2

Dari alur 2 diperoleh nilai laju reaksi r =0,940669686 kmol/jam

0,940669686 kmol/jam = 0,940669686 kmol/jam 0,940669686 kmol/jam .65,47 = 61,58564431 kg/jam 0,940669686 kmol/jam = 0,940669686 kmol/jam 0,940669686 kmol/jam .70,91 = 66,7028874 kg/jam =0,940669686 + 0,940669686 1,881339371 kmol/jam Alur 4

Zat yang keluar pada alur 4 yaitu HNO3, NaCl, NaNO3dan air

3,839468104 – 4(0,940669686 kmol/jam) =0,076789362 kmol/jam 0,076789362 kmol/jam . 63,02= 4,839265599 kg/jam 2,953437003+ 0.29832697–3(0,940669686)=0,429754917 kmol/jam 0,076789362 kmol/jam . 58,45 = 25,11917488 kg/jam 2,822009057 kmol/jam 2,822009057 kmol/jam . 85,01 = 239,8989899 kg/jam + + 2. r (0,096873397 + 8,96160296 + ) + (2 . ) 11,90854969 kmol/jam 11,90854969 kmol/jam . 18 = 214,3538945 kg/jam 484,2113249 kg/jam

(5)

NOCl 50% Cl250% NOCl 100% Cl2100% 14 15 17 15,23710303 kmol/jam

Tabel A.1 Neraca Massa Reaktor

A.2Flash Drum( V-210)

Fungsi : memisahkan gas Nitrosil Klorida (NOCl) dari gas Klorin (Cl2) maupun sebaliknya.

Padaflash drum, fraksi umpan diperoleh dari perhitungan neraca massa pada Reaktor (R-01) yaitu 50% nitrosil klorida dan 50% klorin. Pada flash drum, suhu operasi sebesar 65oC, dan tekanan sebesar 10 atm. Pada kondisi demikian, nitrosil klorida akan berubah fasa menjadi cair dan akan menjadi produk bawah, sedangkan gas klorin akan tetap berupa gas dan akan menjadi produk atas.

Dari persamaan Antoine juga dapat dibuktikan fasa masing-masing zat pada 10 atm dengan menggunakan rumus:

Tsat₌ _{B______ _ C} _{(Smith dan Van Ness, 1975)} A – ln P Komp onen BM (gr/ mol) Masuk Keluar

Alur 1 Alur 3 Alur 10 Alur 5 Alur 4

N kmol /jam F kg/jam N kmol/ jam F kg/ jam N kmol/ jam F kg/jam N kmol/ jam F kg/ jam N kmol/ jam F kg/ jam HNO3 63,02 3,8395 241,963 0 0 0 0,0768 4,8393 NaCl 58,45 2,953 172,6284 0 0 0,2983 17,437 0,4298 25,119 NaNO3 85,01 0 0 0 0 0 0 2,8220 239,89 NOCl 65,47 0 0 0 0 0 0 0,9407 61,585 0 0 Cl2 70,91 0 0 0 0 0 0 0,9407 66,70 0 0 H2O 18 0,096 1,7437 8,9616 161,308 0,9687 17,437 0 0 11,9085 214,35 Total 3,059 174,3721 12,8011 403,271 1,2671 34,874 1,8813 128,28 15,2371 484,21 F Total 612,4998566 612,4998566

(6)

Zat A B C Klorin Nitrosil Klorida 14.13726.48644 2055.151397.3 -23.3117-12.15 Sumber : Reklaitis, 1983 Maka didapat: TsatCl2= 34,95oC = 308,1 K TsatNOCl = 172,50oC = 445,65 K

sehingga dapat dibuktikan pada suhu 65oC (238 K), NOCl akan berupa gas sedangkan Cl2akan berubah fasa menjadi cairan.

Dari unit reaktor, diperoleh : = 128,2885317 kg/jam = 1,881339371 kmol/jam = 61,58564431 kg/jam = 0,940669686 kmol/jam = 66,7028874 kg/jam = 0,940669686 kmol/jam

Untuk alur 15, gas Cl2akan sepenuhnya terpisah dari NOCl, maka: = = 0,940669686 kmol/jam

= = 66,7028874 kg/jam

Maka, laju alir molar NOCl pada alur 17 adalah : = = 0,940669686 kmol/jam

= = 61,58564431 kg/jam Tabel A.2 Neraca massaFlash Drum Komponen _(gr/mol)BM

Masuk Keluar

Alur 3 Alur 15 Alur 17

N

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

HNO3 63,02 0 0 0 0 0 0 NaCl 58,45 0 0 0 0 0 0 NaNO3 85,01 0 0 0 0 0 0 NOCl 65,47 0,9407 61,5856 0 0 0,9407 61,5856 Cl2 70,91 0,9407 66,7029 0,9407 66,7029 0 0 H2O 18 0 0 0 0 0 0 Total 1,8813 128,2885 0,9407 66,7029 0,9407 61,5856 F Total 128,2885 128,2885

(7)

F19_{= HNO3}_{yang diuapkan hingga titik didihnya}

F6= keluaran reaktor tanpa kandungan HNO3 F4_{= keluaran reaktor}

A.3Evaporator-I (V-310)

Fungsi : Menguapkan asam nitrat sisa reaksi dari campuran

Diketahui seluruh asam nitrat yang ada di alur 4 ( masuk ke alur 5 dengan kadar HNO3di alur 5 yaitu 53% ( , sedangkan sisanya adalah air.

Alur 4:

Zat yang masuk pada alur 4 yaitu HNO3, NaCl, NaNO3dan air Dari unit reaktor diperoleh :

= kg/jam = kg/jam = kmol/jam = kmol/jam = kg/jam = kg/jam = kmol/jam = 15,23710303 kmol/jam = kg/jam = kmol/jam Alur 19

Zat yang keluar pada alur 19 yaitu HNO3dan air

= kg/jam = = = 0,076789362 kmol/jam = 0,53 x 9,130689808 kg/jam = (1 – 0,53) kg/jam 4,29142421 kg/jam = = = 0,238412456 kmol/jam (0,076789362 + 0,238412456) = 0,315201818 kmol/jam Evaporator-I

(8)

Alur 6

Zat yang keluar pada alur 6 yaitu NaCl, NaNO3dan air = = kg/jam = 0 = = = = kg/jam = kmol/jam = = = kmol/jam = 4,2914242) = 210,0624703 kg/jam

=

11,67013724 kmol/jam = = (0 + 210,0624703) kg/jam = 475,0806351 kg/jam = = (0 + 11,67013724) kmol/jam = 14,92190121 kmol/jam

Tabel A.3 Neraca MassaEvaporator-I Komponen _(gr/mol)BM

Masuk Keluar

N

(kmol/jam) (kg/jam)F (kmol/jam)N (kg/jam)F (kmol/jaN m) F (kg/jam) HNO3 63,02 0,0768 4,8393 0,0768 4,8393 0 0 NaCl 58,45 0,4298 25,1192 0 0 0,4298 25,1192 NaNO3 85,01 2,8220 239,8990 0 0 2,8220 239,8990 NOCl 65,47 0 0 0 0 0 0 Cl2 70,91 0 0 0 0 0 0 H2O 18 11,9085 214,3539 0,2384 4,2914 11,6701 210,0625 Total 15,2371 484,2113 0,3152 9,1307 14,9219 475,0806

(9)

F9= air dan sedikit NaCl

F8_{= NaNO3, NaCl dan air} F7₌_{keluaran crystallizer}

F Total 484,2113 484,2113

A.4Centrifuge(H-330)

Fungsi : memisahkan air dan sedikit NaCl dari campuran dengan memanfaatkan perbedaan massa jenis masing-masing zat di dalam campuran.

Pada unitCentrifuge, diketahui

=

, karena NaCl larut di dalam air.

Alur 7

Zat yang masuk pada alur 7 yaitu NaCl, NaNO3dan air Dari unitCrystallizer, diketahui laju alir pada alur 7 :

kg/jam kg/jam

kg/jam 11,67013724 kmol/jam

475,0806351 kg/jam 14,92190121 kmol/jam

Alur 9

Dari Unit Evaporator, diketahui laju alir pada alur 9 : 17,4372114 kg/jam

= = 0,29832697 kmol/jam

Dari informasi pada alur 7 diketahui :

= , sehingga = 0,119579546

=

, sehingga = 0,119579546 .

= 145,82102 kg/jam

= = = 8,101167775 kmol/jam

(10)

17,4372114 + 145,82102 = 163,2582313 kg/jam 0,29832697 + 8,101167775 = 8,399494745 kmol/jam

Alur 8

Zat yang keluar pada alur 8 yaitu NaCl, NaNO3dan air. = 17,4372114) 7,681963481kg/jam = = 0,131427947 kmol/jam =

=

2,822009057 kmol/jam 145,82102) = 64,24145034 kg/jam = = 3,568969463 kmol/jam 64,24145034) = 311,8224037 kg/jam 0,131427947 + 2,822009057 + 3,568969463) =6,522406467kmol/jam Tabel A.4 Neraca MassaCentrifuge

Komponen _(gr/mol)BM

Masuk Keluar

N

HNO3 63,02 0 0 0 0 0 0 NaCl 58,45 0,4298 25,1192 0,1314 7,6820 0,2983 17,4372 NaNO3 85,01 2,8220 239,8990 2,8220 239,8990 0 0 NOCl 65,47 0 0 0 0 0 0 Cl2 70,91 0 0 0 0 0 0 H2O 18 11,6701 210,0625 3,5690 64,2415 8,1012 145,8210 Total 14,9219 475,0806 6,5224 311,8224 8,3995 163,2582 F Total 475,0806 475,0806 A.5Dryer(B-350)

(11)

F8_{= keluaran}_centrifuge

F11_{= air}

F12_{= 252,5252525 kg/jam}

Dari kapasitas produksi diketahui laju alir pada alur 12 (F12 _{= 252,5252525 kg/jam).} Dengan kemurnian produk NaNO3pada alur 12 sebesar 98%.

Alur 7

Zat yang masuk pada alur 8 yaitu NaCl, NaNO3dan air. Dari unitCentrifuge diketahui laju alir pada alur 8 :

7,681963481 kg/jam 0,131427947 kmol/jam

= kg/jam 2,822009057 kmol/jam

64,24145034 kg/jam 3,568969463 kmol/jam 311,8224037 kg/jam 6,522406467 kmol/jam

Alur 12

Zat yang keluar pada alur 12 yaitu NaCl, NaNO3dan air Dari informasi pada unitDryerdiketahui :

252,5252525 kg/jam = 7,681963481 kg/jam = = = 0,131427947 kmol/jam = kg/jam =

=

2,822009057 kmol/jam 7,681963481+ 4,944299145 kg/jam = =

=

0,274683286 kmol/jam 0,131427947 + 2,822009057 + 0,274683286 = 3,228120289 kmol/jam Alur 11 DRYER

(12)

F13_{= air}

F10= NaCl yang akan di-recycleke reaktor F9_{= lapisan atas}_centrifuge

Zat yang keluar pada alur 11 hanya 1 (satu) zat, yaitu air.

59,29715119 kg/jam 59,29715119 kg/jam

= = = kmol/jam

kmol/jam Tabel A.5 Neraca MassaDryer

Masuk Keluar

N

HNO3 63,02 0 0 0 0 0 0 NaCl 58,45 0,1314 7,6820 0 0 0,1314 7,6820 NaNO3 85,01 2,8220 239,8990 0 0 2,8220 239,8990 NOCl 65,47 0 0 0 0 0 0 Cl2 70,91 0 0 0 0 0 0 H2O 18 3,5690 64,2415 3,2943 59,2972 0,2747 4,9443 Total 6,5224 311,8224 3,2943 59,2972 3,2281 252,5253 F Total 311,8224 311,8224

A.6Evaporator-II(V-340)

Fungsi : menaikkan temperature campuran dan menguapkan sebagian besar air dari campuran NaCl.

Alur 9

Zat yang masuk pada alur 9 yaitu NaCl dan air Dari unitCentrifuge, diperoleh laju alir pada alur 9 :

17,4372114 kg/jam = 0,29832697 kmol/jam

145,82102 kg/jam 8,101167775 kmol/jam

163,2582313 kg/jam 8,399494745 kmol/jam

Alur 10

Zat yang keluar pada alur 10 yaitu NaCl dan air Evaporator-II

(13)

Dari unit reaktor diperoleh laju alir pada alur 10 :

17,4372114 kg/jam 0,29832697 kmol/jam

17,4372114 kg/jam kmol/jam

34,8744228 kg/jam 1,267060937 kmol/jam

Alur 13

Zat yang keluar pada alur 9 hanya 1 (satu) zat, yaitu air.

128,3838086 kg/jam

= = 7,132433808 kmol/jam

128,3838086 kg/jam 7,132433808 kmol/jam Tabel A.6 Neraca Massa Evaporator

Masuk Keluar

N

HNO3 63,02 0 0 0 0 0 0 NaCl 58,45 0,2983 17,4372 0 0 0,2983 17,4372 NaNO3 85,01 0 0 0 0 0 0 NOCl 65,47 0 0 0 0 0 0 Cl2 70,91 0 0 0 0 0 0 H2O 18 8,1012 145,8210 7,1324 128,3838 0,9687 17,4372 Total 8,3995 163,2582 7,1324 128,3838 1,2671 34,8744 F Total 163,2582 163,2582

(14)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

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

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

Kapasitas : 2.000 Ton/tahun

Perhitungan neraca panas menggunakan rumus sebagai berikut:

1. Perhitungan beban panas pada masing-masing alur masuk dan keluar Q = ΔH =



_TT

refn.Cp.dT ………… (Smith dan Van Ness, 1975)

2. Perhitungan kapasitas panas untuk masing-masing zat. a. Asam Nitrat (HNO3)

 Kapasitas Panas Gas:

Perhitungan kapasitas panas gas (Cpv) Asam Nitrat menggunakan rumus:

4 3 2 _dT _eT cT bT a Cpv     

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

Komponen a b c d e

Asam Nitrat 19,6323 153,9599 -115,8378 32,87955 -0,249114 (Sumber: Chase, 1998)

 Panas Penguapan :

Perhitungan panas penguapan menggunakan metode Riedel :

Maka untuk :

Tc = 520 K Tb=86o_{C =273,15+86 = 359,15 K} Pc = 68,9 bar Tbr=

(15)

. 520

= 4725,34 . = 42150,6 kJ/kmol

 Kapasitas Panas Cairan:

Perhitungan kapasitas panas cairan (CpL) menggunakan metode Chueh dan Swanson dimana konstribusi gugusnya adalah:

Tabel LB.2 Nilai Gugus dengan metode Chueh dan Swanson untuk Asam Nitrat

Gambar LB.1 Rumus Struktur Asam Nitrat (Sumber:Reid, 1987)



   n i i cpl pL N C 1 Maka, CpL= 1 (31) + 2(35) + 1 (44,8) = 145,8 J/mol.K b. Natrium Klorida (padat):

CpS = (10,79 + 0,00420 T )cal/mol.K………(Perry, 2008)

c. Natrium Nitrat (padat)

CpS= (4,56 + 0,0580 T )cal/mol.K………(Perry, 2008) d. Nitrosil Klorida :

Perhitungan kapasitas panas gas (Cpv) Nitrosil Klorida menggunakan rumus:

4 3 2 _dT _eT cT bT a Cpv     

Tabel LB.3 Kapasitas Panas Gas Nitrosil Klorida(J/mol.K)

Komponen a b c d e

Nitrosil Klorida 34,1 4,472 E-02 -3,340 E-5 1,015 E-08 (Sumber: Reid, 1987)

Gugus CpL(J/mol K)

N 31

─ O 35

(16)

 Panas Penguapan (ΔHv): 25706,952 kJ/kmol……….(Reid, 1987)  Kapasitas Panas Cairan:

Perhitungan kapasitas panas cairan (CpL) menggunakan metode Chueh dan Swanson dimana konstribusi gugusnya adalah:

Tabel LB.4 Nilai Gugus dengan metode Chueh dan Swanson untuk Nitrosil Klorida

Gambar LB.2 Rumus Struktur Nitrosil Klorida (Sumber:Reid,1987)



   n i i cpl pL N C 1 Maka, CpL= 1 (19) + 1(35) + 1 (36) = 90 J/mol.K e. Klorin dan Air :

Perhitungan kapasitas panas gas (Cpv) Klorin dan Air menggunakan rumus:

4 3 2 _dT _eT cT bT a Cpv     

Tabel LB.5 Kapasitas Panas Gas untuk Klorin dan Air(J/mol.K)

Komponen a b c d e

Klorin

Air 28,546334,0471 -9,65064 E-032,38795 E-02 -2,13613 E-053,29983 E-05 -2,04467 E-086,47263 E-09 -4,30228 E-12 Sumber : Reklaitis, 1983  _{Panas Penguapan (ΔHv):} Gugus CpL(J/mol K) N 19 ─ O ─ 35 ─ Cl 36

(17)

Klorin = 20410 kJ/kmol……….(Reklaitis, 1983)

Air = 40656,2 kJ/kmol……….(Reklaitis, 1983)

 Kapasitas Panas Cairan:

Perhitungan kapasitas panas cairan (CpL) Klorin dan Air menggunakan rumus:

3 2 _dT cT bT a Cp_L    

Tabel LB.6 Kapasitas Panas Cairan

Komponen a b c d

Klorin

Air 15,412018,2964 0,7231040,472118 -3,19726 E-03-1,33878 E-03 5,26236 E-061,31424 E-06 Sumber : Reklaitis, 1983

3. Perhitungan Panas Reaksi

dT Cp H Hr S S S S K C T . 1 0 15 , 298 ) ( 0 0



     

Tabel LB.7 ΔH komponen pada keadaan standar

Komponen ΔH pada keadaan standar,₂₅o_{C (kcal/mol)} ΔH pada keadaan standar,₂₅o_{C (kJ/kmol)}

Asam Nitrat -41,35 -173124,18 Natrium Klorida -98,321 -411650,3628 Air - 68.3174 -286031,2903 Natrium Nitrat -111,71 -467707,428 Nitrosil Klorida 12,8 53591,04 Klorin 0 0 (Sumber: Perry, 2008) B.1 Heater(E-112)

Pada Heater (E-112) campuran dari asam nitrat yang berasal dari tangki penyimpanan (F-110) dipanaskan terlebih dahulu sebelum diumpankan kedalam reaktor (R-130) sebagai reaktan dari 300C hingga menjadi 600C.

(18)

    303,15 298.15 3 6 2 3 -1 - _T _1,34.10 _T _1,31.10 _T _dT 4,72.10 18,2964 = 374,7055 kJ/kmol Qin = n.Cp.dT = 8,9616 kmol/jam . 374,705 kJ/kmol = 3357,96065 kJ/jam

Qin tot =Qin as.nitrat+ Qin air

= (2798,9955 + 3357,96065) kJ/jam = 6156,9561 kJ/jam

(19)

,15 333 15 , 298 dT Cpl = 333,15

_



_ _ _ 



298,15 3 6 2 3 -1 - _T _1,34.10 _T _1,31.10 _T _dT 4,72.10 18,2964 = 2633,89 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT = 8,9616 kmol/jam . 2633,89 kJ/kmol = 23603,90615 kJ /jam

Qout tot = Qout as.nitrat + Qout air

= (19592,9685 + 23603,90615) kJ/jam = 43196,8746 kJ/jam

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

=(43196,8746 – 6156,9561) kJ/jam = 37039,9185 kJ/jam

Saturated steam pada 15,33 atm, 2000_{C, HV(200}0_{C) = 2790,9 kJ/Kg (Smith, 2001)} Massasteamyang diperlukan:

(20)

kJ/kg 2790,9 kJ/jam 37039,9185 Hv Q m   = 13,2716 kg/jam

Tabel LB.8 Neraca PanasHeater(E-112)

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

Umpan 6156,9561

-Produk - 43196,8746

Panas yang dibutuhkan (steam) 37039,9185

-Total 43196,8746 43196,8746

B.2 Reaktor (R-130)

Pada reaktor (R-130) terjadi reaksi netralisasi yang bersifat eksotermis. Reaksi berlangsung pada temperatur 600C :

3 NaCl(aq)+ 4 HNO3(aq) 3 NaNO3(s)+ NOCl(g)+ Cl2(g) + 2H2O(l)

Neraca Panas masuk Reaktor

Panas masuk Reaktor = Panas keluarheater-I (E-112) + Panas masuk dari silotank +

Panas keluar Evaporator alur 10

 Panas keluarheater-I (E-112) QoutHeater-I= 43196,8746 kJ/jam

 Panas masuk dari silotank

1. N





    303,15 298.15 3 6 2 3 -1 - _T _1,34.10 _T _1,31.10 _T _dT 4,72.10 18,2964 = 374,7055 kJ/kmol Qin = n.Cp.dT

= 0,096 kmol/jam . 374,705 kJ/kmol = 35,971 kJ/jam Qin tot =Qin NaCl+ Qin air

= (745,07689 + 35,971) kJ/jam = 781,0486 kJ/jam

 Panas keluar Evaporator (V-330) alur 10 (T=1000_C)

1. A ir (H2O)

= 0,9687 kmol/jam . 5671,8679 kJ/kmol = 5494,3384 kJ /jam

2. N

= (359,15 298,15 ) 4,1868J/cal 2 0042 , 0 ) 15 , 298 15 , 359 ( 79 , 10 2 2 _     _ _ _ = 3830,8372 J/mol = 3830,8372 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT = 0,2983 kmol/jam . 3830,8372 kJ/kmol = 1142,7387 kJ/jam

Qout total = Qout air+ Qout NaCl

= 5494,3384 + 1142,7387 kJ /jam = 6637,0772 kJ/jam

Panas masuk Reaktor = Panas keluarheater-I (E-112) + Panas masuk dari silotank +

Panas keluar Evaporator alur 10 = QoutHeater-I + Qin tot+ Qout evaporator

= 43196,8746 + 781,0486 + 6637,0772 = 50615 kJ/jam Neraca panas keluar Reaktor (T = 600_C)

 Asam Nitrat (HNO3)

Qout = n.Cp.dT

= 0,0768 kmol/jam . 5103 kJ/kmol = 391,9104 kJ/jam



_ _ _ 



298,15 3 8 2 5 -2 - _T ₂_,₁₄_.10 _T ₆_,₄₇_.10 _T _dT .10 39 , 2 29 = 1195, 5139 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT = 0,9407 kmol/jam . 1195, 5139 kJ/kmol = 1124,6199 kJ /jam

Qout total =Qout As.Nitrat + Qout NaCl+ Qout Air+ Qout NaNO3+Qout NOCl+ Qout Klorin = (391,9104 + 763,0733+ 31365,72893+ 9456,4854

(25)

+1488,3470+ 1124,6199) kJ/jam = 44590,165 kJ/jam

Reaksi:

3 NaCl(aq)+ 4 HNO3(aq) 3 NaNO3(s)+ NOCl(g)+ Cl2(g) + 2H2O(l) Panas reaksi pada keadaan standar:

) ( 0 0_Re _tan 0 ak f produk f H H Hr      ) ( ) ( 0 0 ₍₎ ) ( 0 ) ( ) ( 0 ) ( 0 ) ( 0 0 2 3 2

3 s fNOCl g fCl g fNaCl aq fHNO aq fHOl l

NaNO f H H H H H H Hr          = (-467707,428 –53591,04+0 )–(–411650,3628-173124,18-286031,2903)kJ/kmol = -115373 kJ/kmol

= (44590,165 – 50615) kJ/jam -115714,550 kJ/jam= -121739,3857 kJ/jam

Media pendingin yang digunakan adalah air dengan suhu 280_{C dan diperkirakan} akan keluar dengan suhu 500_C.

(26)

= 4,181 kJ/kg.K . ( 323,15 – 301,15) K = 91,982 kJ/kg

Massa Air pendingin yang diperlukan: kJ/kg 982 , 91 kJ/jam 7 121739,385 -Q m   = 1323,513 kg/Jam

Tabel LB.9 Neraca Panas Reaktor (R-130)

Umpan 50615

-Produk - 44590,165

Kalor Reaksi - -115714,5502

Panas yang dilepas -121739,3857

-Total -71124.3853 -71124.3853

B.3 Kompressor (G-132)

Pada kompressor G-132, produk keluaran reaktor yang berupa gas ditekan dari tekanan 1 atm menjadi 10 atm. Diinginkan temperatur keluar dari kompressor sebesar 65o_{C agar sesuai dengan}_{bubble point}_{umpan destilasi.}

Neraca Panas masuk Kompressor (T = 600_C)

Panas masuk Kompressor = Panas keluar produk gas dari Reaktor

Qin Kompressor = Qout NOCl + Qout Klorin = 1488,3470+ 1124,6199 = 2612,967 kJ/jam Telebih dahulu dicari estimasi suhu keluaran gas dari kompressor dengan

menggunakan rumus:

T2 = T1. (Timmerhaus,

1991)

Dimana; T2 = Temperatur suhu keluar kompressor

(27)

P2 = Tekanan keluar kompressor = 10 atm P1 = Tekanan masuk kompressor = 1 atm k = 1,4

Ns = jumlahstage= 4

Dari perhitungan estimasi suhu keluar kompressor, didapat T2= 392,7 K = 119, 55 O_C

Neraca Panas Kompressor (T=119,55o_C)  Nitrosil Klorida (NOCl)



25119,55CpdT=



392,7 298,15 dT Cpl



25119,55CpldT=



392,7 298,15 dT 90 = 90 (392,7-298,15) =8510,11 kJ/kmol

Qcomp = n.Cp.dT = 0,9407 kmol/jam . 8510,11 kJ/kmol = 8005,46 kJ /jam  Klorin (Cl2)

(28)

= 90 (338,15-298,15) = 3600 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT

= 0,9407 kmol/jam . 3600 kJ/kmol = 3386,52 /jam  Klorin (Cl2)

= 4672,9384 – (2612,967 + 30544,29) kJ/jam = -28484,322 kJ/jam Media pendingin yang digunakan adalah air dengan suhu 280_{C dan diperkirakan} akan keluar dengan suhu 500_C.

λ = Cp air . (T2-T1)

= 4,181 kJ/kg.K . ( 323,15 – 301,15) K = 91,982 kJ/kg Massa Air pendingin yang diperlukan:

982 , 91 kJ/jam 28484,322 Q m    = 309,67 kg/Jam

Tabel LB.10 Neraca Panas Kompressor (G-132)

Umpan 2612,967

-Panas dari Kompressor 30544,29

Produk - 4672,9384

(29)

B.4 Kondensor-I (E-211)

Pada Kondensor-I (E-211), klorin yang menguap setelah masuk flash drum pada suhu 650_{C akan terkondensasi pada temperatur 30}0_{C sebelum disimpan} kedalam tanki penyimpanan.

Neraca panas masuk Kondensor-I (T = 650C)  Klorin (Cl2)

_ _ _  _ _ 



298,15 3 6 2 3_T ₅_,₂₆ ₁₀ _T _dT 10 2 , 3 T . 723 , 0 412 , 5 1 = 434,12 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT

(30)

= 0,9407 kmol/jam . 434,12 kJ/kmol = 408,376 kJ /jam Panas yang dilepas:

= Qout– Qin

= 408,376 – 1286,4184 kJ/jam = -878,041 kJ/jam

982 , 91 kJ/jam 878,041 Q m    = 9,545 kg/Jam

Tabel LB.11 Neraca Panas Kondensor-I (E-211)

Umpan 1286,4184

-Produk - 408,376

Total 408,376 408,376

B.5 Cooler(E-214)

Nitrosil klorida dari unit flash drum, selanjutnya akan dialirkan sebagai produk samping menuju tangki penyimpanan dengan terlebih dahulu melalui proses pendinginan pada Cooler(E-214) dari temperatur 65 0_{C hingga menjadi suhu kamar} pada 300_C.

Neraca panas masukcooler(T = 650_C)  Nitrosil Klorida (NOCl)

= Qout– Qin

= 423,315 – 3386,52 kJ/jam = -2963,205 kJ/jam

λ = Cp air . (T2-T1) = 4,181 kJ/kg.K . ( 323,15 – 301,15) K = 91,982 kJ/kg Massa Air pendingin yang diperlukan:

982 , 91 kJ/jam 2963,205 Q m    = 32,215 kg/Jam

Tabel LB.12 Neraca PanasCooler(E-214)

Umpan 3386,52

-Produk - 423,315

(32)

-Natrium Nitrat Natrium Klorida Air Natrium Nitrat Natrium Klorida Air Asam Nitrat Asam Nitrat Air Saturated Steam (2000_C) Steam bekas (2000_C) Total 423,315 423,315 B.6Evaporator-I(V-310)

Pada unit Evaporator-I (V-310), campuran NaNO3, NaCl, air, dan HNO3 yang keluar dari reaktor pada alur 4 ingin dikurangi kadar HNO3-nya. Adapun temperatur proses pada unit ini yaitu pada titik didih HNO3, yaitu 860C.

Neraca MasukEvaporator-I(T=600_C)

Panas Masuk Evaporator-I = panas keluar produk campuran dari reaktor = Qout As.Nitrat + Qout NaCl+ Qout Air+ Qout NaNO3 = 41977,198 kJ/jam

Neraca KeluarEvaporator-I(T=860_{C) alur 19}  Asam Nitrat (HNO3)

,15 359 15 , 298 dT Cpl = 359,15

_



_ _ _ 



298,15 3 6 2 3 -1 - _T _1,34.10 _T _1,31.10 _T _dT 4,72.10 18,2964 = 4605,1638 kJ/kmol Q = n.Cp.dT

= (359,15 298,15 ) 4,1868J/cal 2 058 , 0 ) 15 , 298 15 , 359 ( 56 , 4 2 2 _     _ _ _ = 6032,859 J/mol = 6032,859 kJ/kmol Q = n.Cp.dT = 2,822 kmol/jam . 6032,859 kJ/kmol = 17024,729 kJ /jam

Q6 = QNaCl+ Qair + QNatrium Nitrat

= 1335,921 + 5374,722+ 17024,729 = 72103,372 kJ/jam Qout = Q19+Q6

= 5018,081 + 72103,372= 77121,453 kJ/jam Panas yang dibutuhkan (Qs):

Qs = Qout- Qin

= (77121,453– 41977,198) kJ/jam = 35144,255 kJ/jam

Saturated steampada 15,33 atm, 2000_{C, HV(200}0_{C) = 2790,9 kJ/Kg (Smith, 2001)} Massasteamyang diperlukan:

kJ/kg 2790,9 kJ/jam 35144,255 Hv Q m   = 12,5924 kg/jam

Tabel LB.13 Neraca PanasEvaporator-I(V-310)

Umpan 41977,198

-Produk Alur 19 - 5018,081

(35)

Panas yang dbutuhkan (steam) 35144,255

-Total 77121,453 77121,453

B.7 Kondensor-II (E-311)

Larutan asam nitrat 53 % dari alur 5 dengan suhu 860_{C selanjutnya didinginkan} hingga suhu kamar 300_{C pada unit Kondensor (E-311).}

Neraca Masuk Kondensor (E-311) pada T =860_C

Panas Masuk Kondensor (E-311) = Panas KeluarEvaporator-Ialur 19 = 5018,081 kJ/jam

,15 303 15 , 298 dT Cpl = 303,15





_ _ _ 



Qout total= Qout As.Nitrat+ Qout air

= (55,9872 + 89,3297)kJ/jam = 145,3169 kJ/jam Panas yang dilepas:

= Qout– Qin

(36)

Natrium Klorida Air Natrium Nitrat Natrium Klorida Air Natrium Nitrat Saturated Steam (2000_C) Steam Bekas (2000_C) Air Pendingin (280_C)

Air Pendingin Bekas (500_C)

= -4872,7639 kJ/jam

982 , 91 kJ/jam 4872,7639 Q m    = 52,9752 kg/jam

Tabel LB.14 Neraca Panas Kondensor (E-311)

Umpan 5018,081

-Produk - 145,3169

-Total 145,3169 145,3169

B.8Crystallizer(K-320)

Pada unit crystallizer, air yang berasal dari campuran produk darievaporator-I, yang berperan sebagai zat pelarut akan diuapkan dengan menaikkan temperatur operasi hingga mencapai titik didih air (1000C) untuk membantu proses kristalisasi. Selanjutnya, campuran kembali didinginkan hingga suhu 400C.

Neraca Panas MasukCrystallizer(860_C)

Neraca Panas MasukCrystallizer = Neraca Panas KeluarEvaporator-Ialur 6 = 72103,372 kJ/jam

(37)

100 25 dT Cp = 373,11

_



373,11 298,15 dT Cpl = 373,15



(38)

Qtransisi = Qout NaCl+ Qout air+ Qout Natrium Nitrat

= 1646,493 + 540653,186 + 21291,815 = 563591,495 kJ /jam Panas yang dibutuhkan (Qs):

Qs = Qtransisi- Qin

= (563591,495 – 72103,372) kJ/jam = 491488,1226 kJ/jam

kJ/kg 2790,9 kJ/jam 6 491488,122 Hv Q m   = 176,1 kg/jam

Neraca Panas KeluarCrystallizeralur 7 (400_C)  Natrium Klorida (NaCl)

Panas Kristalisasi (ΔHLC) NaNO3= -10500 kJ/kmol……….(Mersmann, 2001) Panas yang dilepas:

= Qout– (Qtransisi+ n. ΔHLC)

= 17413,9743 – (563591,495 + 2,822 . -10500) kJ/jam = -516546,52 kJ/jam

982 , 91 kJ/jam 516546,52 Q m    = 185,0824 kg/Jam

Tabel LB.15 Neraca PanasCrystallizer(K-320)

Umpan 41977,198

-Produk alur 7 17413,9743

(40)

Panas yang dibutuhkan 491488,1226

-Panas yang dilepas -516546,52

-Total 17413,9743 17413,9743

B.9Evaporator-II(V-340)

Pada unit Evaporator-II (V-340), larutan dengan NaCl dan air yang keluar dari centrifuge pada alur 9 ingin dikurangi kadar airnya. Adapun temperatur proses pada unit ini yaitu pada titik didih air, yaitu 1000_C.





    313,15 298,15 3 6 2 3 -1 - _T _1,34.10 _T _1,31.10 _T _dT 4,72.10 18,2964

(41)

= 1125,790 kJ/kmol Qin = n.Cp.dT

= 8,1012 kmol/jam . 1125,790 kJ/kmol = 9120,1423 kJ /jam Qin total= Qin NaCl+ Qin air

= (226,1872+ 9120, 1423)kJ/jam = 9346,3296 kJ/jam Neraca KeluarEvaporator-II(T=1000_{C) alur 13}

 Air (H2O)



100 25 dT Cp = 373,15

_

298,15 dT Cp = 373,11

_



373,11 298,15 dT Cpl = 373,15





_ _ _ 



298,15 3 6 2 3 -1 - _T _1,34.10 _T _1,31.10 _T _dT 4,72.10 18,2964 = 5671,8679 kmol ∆HVL = 40656,2 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT = n (Cpl dT + ∆HVL) = 7,1324 kmol/jam (5671,8679 + 40656,2) kJ/kmol = 330430,312 kJ /jam

373,11 298,15 dT Cpl = 373,15

_



_ _ _ 



298,15 3 6 2 3 -1 - _T _1,34.10 _T _1,31.10 _T _dT 4,72.10 18,2964 = 5671,8679 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT

= 0,9687 kmol/jam . 5671,8679 kJ/kmol = 5494,338 kJ /jam Qout alur 10= Qout NaCl+ Qout air

= (1142,739 + 5494,338)kJ/jam = 6637,077 kJ/jam Qout total = Qout alur 13+ Qout alur 10

= 330430,312 + 6637,077 = 337067,3891 kJ/jam Panas yang dibutuhkan

= Qout total- Qin

= 337067,3891 - 9346,3296 = 327721,0595 kJ/jam

Tabel LB.16 Neraca PanasEvaporator-II(V-340)

Umpan 9346,3296

-Produk - 337067,3891

(43)

B.10Dryer(B-350)

Pada unit Dryer (B-350), sejumlah natrium nitrat yang masih mengandung air dan sedikit natrium klorida yang keluar dari centrifuge pada alur 8 ingin dikurangi kadar airnya. Adapun temperatur proses pada unit ini yaitu pada titik didih air, yaitu 1000_C.

Neraca MasukDryer(T=400_C)  Natrium Klorida (NaCl)

Kapasitas panas NaCl masuk Dryer= Kapasitas panas NaCl keluar Crystallizer = 758,2544 kJ/kmol Qin = n.Cp.dT = 0,1314 kmol/jam . 758,2544 kJ/kmol = 99,6346 kJ/jam  Air (H2O)

Kapasitas panas Air masukDryer= Kapasitas panas Air keluarCrystallizer = 1125,79 kJ/kmol

Qin = n.Cp.dT

Kapasitas panas Natrium nitrat = Kapasitas panas Natrium nitrat

masukDryer keluarCrystallizer

= 1399,7121 kJ/kmol Qin = n.Cp.dT

(44)

Qin total = Qin NaCl+ Qin air + Qin Natrium Nitrat

= 99,6346 + 4017,9466+ 3949,9876= 8067,5689 kJ/jam

Neraca KeluarDryer(T=1000_{C) pada alur 11}  Air (H2O)



100 25 dT Cp = 373,15

_

298,15 dT Cp = 373,11

_



373,11 298,15 dT Cpl = 373,15

_



_ _ _ 



298,15 3 6 2 3 -1 - _T _1,34.10 _T _1,31.10 _T _dT 4,72.10 18,2964 = 5671,8679 kmol ∆HVL = 40656,2 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT = n (Cpl dT + ∆HVL) = 3,2943 kmol/jam (5671,8679 + 40656,2) kJ/kmol = 152618,5542 kJ /jam



_ _ _ 



298,15 3 6 2 3 -1 - _T _1,34.10 _T _1,31.10 _T _dT 4,72.10 18,2964 = 5671,8679 kJ/kmol Qout = n.Cp.dT

= (373,15 298,15 ) 4,1868J/cal 2 058 , 0 ) 15 , 298 15 , 373 ( 56 , 4 2 2 _     _ _ _ = 7544,938 J/mol = 7544,938 kJ/kmol Q = n.Cp.dT = 2,822 kmol/jam . 7544,938 kJ/kmol = 21291,815 kJ /jam

Qout alur 12= Qout NaCl+ Qout air+ Qout Natrium Nitrat

= (503,372 + 1558,0621+ 21291,815)kJ/jam = 23353,2494 kJ/jam Qout total = Qout alur 11+ Qout alur 12

= 152618,5542 + 23353,2494= 175971,8036 kJ/jam Panas yang dibutuhkan:

= Qout total- Qin

= 175971,8036 - 8067,5689= 167904,2347 kJ/jam

(46)

Tabel LB.18 Neraca PanasDryer(B-350)

Umpan 8067,5689

-Produk - 175971,8036

(47)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

C.1 Tangki Penyimpanan Asam Nitrat (F-110)

Fungsi : Menyimpan kebutuhan Asam nitrat kebutuhan 30 hari Bahan Konstruksi :High Alloy SteelSA-240,Grade304, 18 Cr-8 Ni Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jenis Sambungan :Double welded butt joints

Jumlah : Satu Buah

Kondisi Operasi : - Tekanan : 1 atm

- Temperatur : 30ºC = 303,15 K

- Laju alir massa Asam nitrat = 241,963 kg/jam

- Densitas Asam Nitrat = 1502 kg/m3 (Anonim, 2010) - Volume Asam Nitrat = = 0,16109 m3

- Laju alir massa H2O = 161,308 kg/jam

- Volume H2O = = 0,1613 m3

Maka untuk mencari densitas campuran, dihitung dengan rumus - Densitas campuran =

= = 1250 kg/m3

Kebutuhan Perancangan : 30 hari

Faktor Kelonggaran : 20% (Perry, 1999)

Perhitungan:

A. Volume Tangki :

Volume Larutan = = 232,13 m3

(48)

Volume Tangki = ( 1 + 0,2) . 232,13 m3_{= 278,55 m}3 B. Diameter dan TinggiShell

Direncanakan :

- Tinggishell: diameter = 5 : 3 - Tinggihead: diameter = 1 : 4

- Volumeshelltangki ( Vs) = 

4

1 _D2_{Hs =} _

12

5 _D3

- Volumeheadtangki (Vh) = 

24 1 _D3 - Volume tangki = Vs + Vh =  24 10 _D3₊ _ 24 1 _D3 =  24 11 _D3_{= 278,55 m}3 Diperoleh : D = 5,774 m Hs = 9,674 m C. Diameter dan TinggiHead

DiameterHead= DiameterShell= 5,774 m TinggiHead= D = . 5,774 = 1,4436 m

D. TebalShellTangki

(Peters et.al.,2004) di mana:

t = tebalshell(in) P = tekanan desain (psia)

D = diameter dalam tangki = 5,774 m = 227,337 in

S = allowable stress = 18700 psia (Peters et.al., 2004) E = joint efficiency = 0,85 (Peters et.al., 2004)

(49)

C = faktor korosi = 0,125 in (Peters et.al., 2004) Volume larutan = 232,13 m3

Volume tangki = 278,55 m3

Tinggi larutan dalam tangki = 9,674m m 278,55 m 232,13 3 3  = 8,06 meter Tekanan Hidrosatatik : Phidrostatik = ρ . g . h = 1250 kg/m3_{. 9,8 m/s}2_{. 8,06 m} = 98,828 kPa = 14,33 psia Faktor kelonggaran = 20 %

Maka, Pdesain = 1,2 . (14,696 psia + 14,33 psia) = 34,831 psia Tebalshelltangki:

(Peters et.al.,2004)

t = + 0,125

t = 0,374 in

Maka tebalshellyang dibutuhkan = 0,374 in

Maka tebalshellstandar yang digunakan =1_/2_in _{(Brownell,1959)} d. Tebal tutup tangki

Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama denganshell. Maka tebal shellstandar yang digunakan =1_/2_{in (Brownell,1959).}

C.2 Pompa Asam Nitrat ( L-111)

Fungsi : Memompa asam nitrat dari tangki menuju reaktor Jenis : Pompa sentrifugal

Jumlah : 1 unit Kondisi operasi :

- P1 ≈ P2 = 1 atm - T = 300C

(50)

- Densitas () campuran : 1250 kg/m3_{= 77,314 lbm/ft}3

- Viskositas Asam Nitrat 60% = 2 cP = 0,001344 lbm/ft.s (Perry, 1999) - Laju alir volumetrik (Q)= ₃

kg/m 1250

kg/jam

403,271 _{= 0,322 m}3_{/jam = 0,0032 ft}3_/s Perencanaan Diameter Pipa pompa :

Di,opt= 3,9Q0,45_{ }0,13 _{(Peters et.al., 2004)} dengan : Di,opt = diameter optimum (in)  = densitas (lbm/ft3₎

Q = laju volumetrik (ft3_/s) Maka, diameter pipa pompa :

Desain pompa :

Di,opt = 3,9Q0,45 0,13

= 3,9 (0,0032 ft3_{/s )}0,45_{(77,3142 lbm/ft}3₎0,13 = 0,492 in

Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 2003, dipilih pipacommercial steel:

Ukuran nominal : 0,5 in

Schedule number : 40

Diameter Dalam (ID) : 0,622 in = 0,0518 ft = 0,0158 m Diameter Luar (OD) : 0,84 in = 0,07 ft

Inside sectional area : 0,00211 ft2 Kecepatan linear, v = Q/A = 3₂

ft 0,00211

/s ft

0,0032 _{= 1,49 ft/s = 0,456 m/s}

Bilangan Reynold : NRe =

 vD = lbm/ft.s 0,001344 ) ft 0,0518 )( ft/s 1,49 )( lbm/ft 77,3142 ( 3 = 72213,64 (Turbulen)

Untuk pipa commercial steel diperoleh harga  = 0,000046 m. Pada NRe = 72213,64 dan /D = m 0,0158 m 000046 , 0

= 0,0029, maka harga f = 0,007 (Perry,2008) Friction Loss

- Contraction losspada keluaran tangki hc= kc = 0,55 = 0,057 J/kg

(51)

- Frictionpada pipa lurus Panjang pipa lurus = 5 m

Ff= 4f = 4(0,007) = 0,922 J/kg

- Frictionpada 3 buah elbow 90o

hf= n.kf = 3.(0,75) = 14,827 J/kg

- Frictionpada 1 buahcheck valve

hf= n.kf = 1.(2) = 13,179 J/kg

- Expansion losspadatank entrance hex= kex = 1 = 6,59 J/kg Sehingga totalfrictional loss, ΣF:

ΣF = (0,057+0,922+ 14,827+ 13,179+ 6,59) = 35,576 J/kg Energi mekanik yang diterima fluida, Ws:

Ws= (Geankoplis, 1997)

Dimana:

-...

diameter pipa konstan, v1= v2

-...

selisih tinggi pipa, = 4 m

-... tekanan konstan, P2= P1 Sehingga, Ws= + 35,576 = 74,776 J/kg Daya pompa, P P = = = 0,015 hp

(52)

P = hp = 0,019 hp

Maka, dipilih pompa dengan daya 0,019 hp

C.3 Heater(E-112)

Fungsi : menaikkan temperatur asam nitrat dari tangki penyimpanan sebelum masuk ke reaktor

Jenis :Double Pipe Heat Exchanger Dipakai : Pipa 2 11/4in IPS, 12 ft

Jumlah : 1 unit

Fluida panas

Laju alir umpan masuk = 13,2716 kg/jam = 29,25883479 lbm/jam Temperatur awal (T1) = 2000C = 3920F

Temperatur akhir (T2) = 2000C = 3920F Fluida dingin

Laju alir air pendingin = 403,271 kg/jam = 889.059312 lbm/jam Temperatur awal (t1) = 300_C _{= 86}0_F

Temperatur akhir (t2) = 600_C _{= 140}0_F

Panas yang diserap (Q) = 37039.9185 kJ/jam = 35107.5829 Btu/jam (1) t = beda suhu sebenarnya

Fluida Panas Fluida dingin Selisih

T1= 392F Temperatur yang lebih tinggi t2= 140F t2= 252F T2= 392F Temperatur yang lebih rendah t1= 86F t1= 306F T1– T2= 0F Selisih t2– t1= 108F t2–t1 = - 54F 278,439448 306 252 ln 54 -Δt Δt log 3 , 2 Δt Δt LMTD 1 2 1 2 _                0_F (2) Tcdan tc

(53)

392 2 392 392 2 T T T 1 2 c      0_F 140 2 86 194 2 t t t 1 2 c      0F

Fluida panas : anulus, steam.

(3)Flow area tube

ft 0,17225 12 2,067 D₂   (Tabel 11,Kern) ft 0,1375 12 1,65 D₁   2 2 2 2 1 2 2 a ₄ (0,17225₄ 0,1375 ) 0,008449593ft ) (D a  D    Equivalen diam = De 0,078282273ft 0,1375 ) 0,1375 0,17225 ( D ) (D 2 2 1 2 1 2 2 D _  _ (4)Kecepatan massa a a W a G  = ₂ ft jam m lb 2 3462,75086 3 0,00844959 9 29,2588347  

(5)Pada Tc= 3920_F,__{=0.016 cP = 0,03872 lbm/ft. jam} _(Gbr.14,_Kern)

= 7000,826636 0,03872 ,750862 462 3 3 0,07828227  _ (6) L/D = =7000.826636

Dari Buku Kern h.164 diperoleh nilai ho =1500

Fluida dingin :inner pipe, air

(3) D = 0,115 12 1,38 _ 2 2 2 p ₄ 3,14 ₄0,115 0,0104ft D a    

(54)

(4) Kecepatan massa p a w p G  (Pers. (7.2),Kern) = ₂ ft jam m lb 4 85637,7794 0,0104 889,059312  

(5) Pada tc= 1130_F,__{= 1,6 cP = 3,872 lbm/ft}2__jam _{(Gbr. 15,}_Kern)

μ p DG p Re  = 2543,477437 3,872 77944 , 85637 0,115 _

(6)Dari Gbr. 24, Kern, diperoleh JH= 80 (Gbr. 24,Kern) (7) Pada tc= 1130_{F, c = 0.731267776 Btu/(lbm)(}__F) k = 0,76 Btu/(jam)(ft2)(0F/ft) 8 1,55024163 0,76 872 , 3 731267776 , 0 k . c 13 13                 (8) hi= 14 , 0 3 1                w k c D k H J   

(Pers. (6.15a),Kern)

hi= 1,550241638 1 0,115 0,76 80   = 819,606014 (9) hi0= hi 685,4886662 1,65 1,38 606014 , 19 8     OD ID Btu/(jam)(ft2₎₍0_F) (10)Clean Overall coefficient, UC

F ft Btu/jam 7 470,481963 1500 2 685,488666 1500 2 685,488666 h h h h U 2 o io o io C _         (11)UD Rdketentuan = 0,002 F ft Btu/jam 0,00412548 002 , 0 7 470,481963 1 1 1 _ _ _ _ _ _ 2__ D C D R U U UD= 242,3960369 Btu/(jam)(ft2)(0F) (12) Luas permukaan yang diperlukan

(55)

Q =UDAt A = = 278,439448 9 242,396036 9 35107,5829  = 0,520169222 ft2

Panjang yang diperlukan =

,435 0

2

0,52016922 _{= 1,195791316 lin ft} Berarti diperlukan 1 pipa hairpin 12 ft

(13) Luas sebenarnya = 120,435 = 5.22 ft2_{, maka} UD= = 278,439448 5,22 9 35107,5829  = 24,15458966 Btu/jam.ft2.oF RD= = 6 24,1545896 7 470,481963 6 24,1545896 -7 470,481963  = 0,03927452 jam.ft2.oF/Btu

Rdhitung ≥ Rdbatas, maka spesifikasiheaterdapat diterima.

Pressure drop

Fluida panas : Anulus, steam.

(1) De’_{= (D2}_{– D1) = (0,17225 – 0,1375) ft = 0,03475 ft} Rea’ = 0,03872 2 3462,75086 0,03475 ' _   a eG D _{= 3107,711582} f = 0,0035 + (Pers. (3.47b),Kern) = 0,0035 + _0,42 2 3107,71158 ,264 0 = 0,012511121 s = 1, ρ = 162,5 = 62,5 (2) ΔFa= = = 0,000006ft (3) V = = = 0.015390004fps Fl= 8x = = 0,0476 Q UDxΔt Q AxΔt UC– UD UCxUD 0,264 Rea’0,42 4.f.Ga2.L 2.g.ρ2_.De’ 4x0,012511121x 3462,7508622_{x 12} 2x4,18.108x62,52x0,03475 Ga 3600ρ 2 3462,75086 3600x62,5 V2 2g’ 8 x0,015390004 2 2x32,2 (ΔFa+ Fl)xs 144 (1,1309 + 0,0476)x1 144

(56)

0,264 2543,4774370,42

ΔPa= = = 0.000212292 psi

Payang diperbolehkan ≤ 10 psi

Fluida dingin:inner pipe, air.

(1) Untuk Rep= 2543,477437 f = 0,0035 + = 0.013302215 s = 1,38, ρ = 1,3862,5 = 86,25 (2) ΔFp= = = 0.000725941 ft (3) ΔPp= = 0,000005 psi

Ppyang diperbolehkan ≤ 10 psi

C.4 Silotank Natrium Klorida (F-120)

Fungsi : Menyimpan kebutuhan Natrium klorida kebutuhan 7 hari Bahan Konstruksi :Carbon Steel SA – 285 Grade C

Bentuk : Silinder vertikal denganconical bottom head. Jenis Sambungan :Double welded butt joints

Jumlah : Satu Buah

Kondisi Operasi : - Tekanan : 1 atm

- Temperatur : 30ºC = 303,15 K

- Laju alir massa Natrium Klorida: 172,6284 kg/jam

- Densitas Natrium Klorida : 2163 kg/m3 _{(Anonim, 2010)} Kebutuhan Perancangan : 7 hari

Faktor Kelonggaran : 20% (Perry, 1999)

Perhitungan: A. Volume Silotank : 4.f.Gp2_.L 2.g.ρ2.D’ 4x0.013302215x85637,779442_x₁₂₀ 2x4,18.108x86,252x0,115 0.000725941x 1,38 144

(57)

h1 h2 αm Do H D Volume Padatan = = 13,408 m3 Volume Tangki = ( 1 + 0,2) . 52,067 m3_{= 16,089 m}3 B. Diameter Bukaan Bawah

9 , 44 ) 889 , 1 )( 16 , 23 tan 288 , 6 (      p m n o D D D m _  (McCabe, 1993) dimana,

m = laju alir zat padat = 172,6284 kg/jam = 6,329 lbm/menit Do = diameter bukaan (inch)

αm = sudut friksi = 30o Dp = diameter partikel = 0,05 cm = 0,019685 in  D = 2163 kg/m3 = 142,758 lb /cuft n = 3,1 6,329 = 9 , 44 ) 889 ,1 019685 , 0 )( 16 , 23 30 tan 288 , 6 ( 142,758     n o D x Do3,1 _{= 0,2762} Do = 0,66 in = 0,01665 m

C . Diameter dan Tebal Dinding Direncanakan : - Tinggi (H) : Diameter (D) = 3 : 1 - h1: h2= 2 : 1 - H = h1+ h2= h1+ h1= h1 - = ; H = 3D - h1= H = . 3D = 2D - h2= h1= 2D = D

- Volumeshelltangki ( Vs) = 

4

1 _D2_h1₌ _

2

(58)

2_{= 16,089 m}3 Diperoleh : D = h2= 2,063 m h1= 4,126 m H = h1+ h2= 4,126+ 2,063 = 6,189 m D. TebalShellTangki

(Peters et.al.,2004) di mana:

t = tebalshell(in) P = tekanan desain (psia)

D = diameter dalam tangki = 2,063 m = 81,22 in

S = allowable stress = 13700 psia (Peters et.al., 2004) E = joint efficiency = 0,85 (Peters et.al., 2004) C = faktor korosi = 0,125 in (Peters et.al., 2004) Volume padatan = 13,408 m3

Volume tangki = 16,089 m3

Tinggi padatan dalam tangki = 6,189m m 16,089 m 13,408 3 3  = 5,1575 meter Tekanan Hidrostatik :

(59)

Phidrostatik = ρ . g . h

= 2163 kg/m3_{. 9,8 m/s}2_{. 5,1575 m} = 109,325 kPa = 15,852 psia Faktor kelonggaran = 20 %

Maka, Pdesain = 1,2 . (14,696 psia + 15,852 psia) = 36,6578 psia Tebalshelltangki:

t = + 0,125 = 0,2187 in

Maka tebalshellyang dibutuhkan = 0,2187 in

Maka tebalshellstandar yang digunakan =1/4in (Brownell,1959) d. Tebal tutup danconetangki

Tutup atas dan cone tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Maka tebal shellstandar yang digunakan =1_/4_{in (Brownell,1959).}

C.5 Bucket Elevator(J-121)

Fungsi : mengangkut NaCl dari silotank menuju reaktor Jenis :Spaced-Bucket Centrifugal-Discharge Elevator Bahan :Malleable-iron

Jumlah : 1 unit Kondisi operasi :

- Temperatur (T) : 300_C

- Tekanan (P) : 1 atm (14,699 psi) Laju bahan yang diangkut = 172,6284 kg/jam

Faktor kelonggaran, fk = 12 % (Tabel 28-8, Perry, 1999) Kapasitas= 1,12 x 2,08 kg/jam = 193,3438 kg/jam = 0,053 kg/s

Untukbucket elevatorkapasitas < 14 ton/jam, spesifikasi :

(Tabel 21-8, Perry, 1999) - Tinggielevator = 25 ft = 7,62 m

- Ukuranbucket = (6 x 4 x 4¼) in - Jarak antarbucket = 12 in = 0,305 m

(60)

- Kecepatanbucket = 225 ft/mnt = 68,6 m/mnt = 1,143 m/s - Kecepatan putaran = 43 rpm

- Lebarbelt = 7 in = 0,1778 m =17,78 cm Perhitungan daya yang dibutuhkan (P):

ΔZ m 0,07

P_ 0,63 _{(Timmerhaus, 1991)}

Dimana: P = daya (kW)

m = laju alir massa (kg/s) ∆Z = tinggi elevator (m) m = 193,3438 kg/jam = 0,053 kg/s ∆Z = 25 ft = 7,62 m Maka : P = 0,07 . (0,053)0,63. 7,62 = 0,0845 kW = 0,1133 HP C.6 Reaktor (R-130)

Fungsi : tempat berlangsungnya reaksi antara asam nitrat dan NaCl. Jenis : reaktor berpengaduk marine propeller tiga daun dengan tutup

Ellipsoidal, serta dilengkapi denganjacketpendingin. Temperatur : 60o_C

Bahan konstruksi : High Alloy SteelSA-240,Grade304, 18 Cr-8 Ni Komponen Laju Alir Massa

(kg/jam)

Laju Alir Molar (kmol/jam) Densitas (kg/m3) Volume (m3) Asam Nitrat 60% 403, 271 12,801 1250, 833 0,322 Natrium Klorida 172,6284 3,06 2163 0,0798 Campuran 575,899 15,861 1431,832 0,4022

Reaksi yang terjadi di dalam reaktor :

3 NaCl(s)+ 4 HNO3(l) 3 NaNO3(s)+ NOCl(g)+ Cl2(g) + 2H2O(l) Perhitungan :

1. Menghitung volume larutan, Vl τ =

o

V