LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Kapasitas produksi : 12000 ton/tahun Waktu kerja per tahun : 330 hari

Basis perhitungan : 1000 ton/tahun bahan baku RBDPs.

ton kg x

jam hari x hari tahun x

tahun ton jam

per produksi Kapasitas

1 1000 24

1 330

1 12000



= 1515,151515 kg.jam-1 Keterangan dari singkatan-singkatan yang digunakan: RBDPs = Refined Bleaching Deodorized Palm Stearin DEA = dietanolamida

(2)

Tabel A.1 Tabel BM Senyawa - senyawa Kimia yang digunakan

No Senyawa Rumus Molekul

BM (kg.kmol -1

)

1 Dietanolamina NH(C2H4OH)2 105,14

2 Natrium Metoksida NaOCH3 54,03

3 Metanol CH3OH 32,043

4 Dietil Eter (C2H5)2O 72,12

5 Gliserol C3H8O3 92,09

6 Tri Laurat C39H74O6 638

7 Tri Miristat C45H86O6 722

8 Tri Palmitat C51H98O6 806

9 Tri Stearat C57H110O6 890

10 Tri Arachidat C63H122O6 974

11 Tri Oleat C48H114O6 884

12 Tri Linoleat C48H98O6 806

(3)

Tabel A.2 Menghitung BM rata-rata RBDPs Senyawa

Panjang Rantai Karbon

Persentase

(%) BM rata-rata

TriLaurat C12 0.1001001 0.638638639

TriMiristat C14 1.201201201 8.672672673

TriPalmitat C16 59.15915916 476.8228228

TriStearat C18 4.604604605 40.98098098

TriArachidat C20 0.4004004 3.8998999

TriOlein C18:1 28.22822823 249.5375375

TriLinolein C18:2 6.306306306 55.36936937

Trigliserida(RBDPs) Total 100 835.9219219

Jadi, berat molekul rata-rata RBDPs adalah835,9219219kg.kmol-1

Tabel A.3 Menghitung BM rata-rata Dietanolamida

Senyawa Persentase

(%) BM rata-rata Laurat Dea 0,1001001 0,287287287 Miristat Dea 1,201201201 3,783783784 Palmitat Dea 59,15915916 202,9159159 Stearat Dea 4,604604605 17,08308308 Arachidat Dea 0,4004004 1,597597598 Oleat Dea 28,22822823 104,1621622 Linoleat Dea 6,306306306 23,14414414

Total 100 352,973974

(4)

Diketahui data :

1. Perbandingan mol dietanolamina dan RBDPs adalah 3 : 1

2. Jumlah katalis natrium hikdroksida yang digunakan (NaOCH3) sebanyak 0,3% dari total berat reaktan

3. Konversi RBDPs adalah 95 %.

4. Perbandingan NaOCH3: Metanol = 1 : 3 (Bailey, 2005).

Cara perhitungan yang digunakan adalah cara perhitungan alur maju. Basis perhitungan 1000 ton/tahun (126,2626263 kg.jam-1) bahan baku, produksi yang diperoleh 151,9409834 kg.jam-1. Jadi untuk memperoleh produksi 1515,151515 kg.jam-1(12000 ton/tahun), maka bahan baku yang dibutuhkan

   

 

 x kg jam

jam kg

/ 2626263 ,

126 /

9409834 ,

151

/ 2 4773,54428

= 1515,151515 kg/jam

Berikut ini adalah perhitungan neraca massa pada setiap peralatan proses.

1. Mixer I (M-140)

Perhitungan : Alur 7 :

Jumlah katalis natrium hikdroksida yang digunakan natrium metoksida sebanyak 0,3% dari total berat reaktan:

F7NaOCH3 = 0,003 x (F2RBDPs+ F9DEN)

= 0,003 x (1515,151515 + 570,9537156 ) kg.jam-1 = 6,258315692 kg.jam-1

N7NaOCH3 = F7NaOCH3/ BMNaOCH3

(5)

Alur 6 :

Dari data diketahui bahwa perbandingan berat NaOCH3: Metanol = 1 : 3, dengan demikian :

F6CH3OH = 3 x F7NaOCH3 = 6,258315692 kg.jam-1 = 18,77494708 kg.jam-1 N6CH3OH = F6CH3OH/ BMCH3OH

= 18,77494708 kg.jam-1/ 32,043kg.kmol-1 = 0,585929753 kmol.jam-1

Neraca Massa Mixer (M-140)

Komponen

Masuk Keluar

Alur 6 Alur 7 Alur 8

(kg.jam-1) (kg.jam-1) (kg.jam-1) NaOCH3 - 6.258315692 6.258315692

CH3OH 18.77494708 - 18.77494708

F (kg.jam-1) 18.77494708 6.258315692 25.03326277

(6)

2. Mixer I (M-150)

Alur 8

F8NaOCH3 = 6,258315692 kg.jam-1 N7NaOCH3= 0,115830385 kmol.jam-1 F8CH3OH = 18,77494708 kg.jam-1 N8CH3OH = 0,585929753 kmol.jam-1 Alur 4

N4DEN = 3 x N2RBDPs

= 3 x 1,812551478 kmol.jam-1 = 5,437654434 kmol.jam-1 F4DEN = N4DENx BMDEN

= 5,437654434 kmol.jam-1x 105 kg.kmol-1 = 570,9537156 kg.jam-1

Alur 9

(7)

3. Reaktor Amidasi (R-101)

Reaksi yang terjadi di dalam reaktor (R-210) adalah :

Perhitungan : Alur 2

F2RBDPs =1515,151515 kg.jam-1 N2RBDPs = F2RBDPs/BMRBDPs

= 1515,.151515 kg.jam-1/835,9219219.kmol-1 = 1,812551478 kmol.jam-1

Alur 9

N9DEN = 3 x N2RBDPs

= 3 x 1,812551478 kmol.jam-1 = 5,437654434 kmol.jam-1 F9DEN = N9DENx BMDEN

= 5,437654434 kmol.jam-1x 105 kg.kmol-1 = 570,9537156 kg.jam-1

N9NaOCH3 = N12NaOCH3

=0,115830385 kmol.jam-1 R₂–C–

O-O

O–C- R₁ O

O–C- R₃ O

+

HN

CH - CH - OH₂ ₂

CH - CH - OH₂ ₂ 3RC- N

O

+

HO-OH

OH

(8)

F9NaOCH3 = F12NaOCH3

= 6,258315692 kg.jam-1

N9CH3OH = N12CH3OH

= 0,585929753 kmol.jam-1

F9CH3OH = F12CH3OH

= 18,77494708 kg.jam-1

Laju reaksi (r) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan di bawah ini : (Reklaitis, 1983)

Karena RBDPs merupakan reaktan pembatas (limiting reactant) dengan jumlah mol paling sedikit, maka laju reaksi dapat dihitung :

) 1 (

95 , 0 8 1,81255147

 

 x

r

r =1,72192390 kmol.jam4 -1

N12RBDPs sisa = N2RBDPs– σRBDPs.

= 1,812551478 kmol.jam-1–1(1,72192390 kmol.jam4 -1) = 0,090627574 kmol.jam-1

F12RBDPs sisa = N12RBDPsx BMRBDPs

= 0,090627574 kmol.jam-1x 835,9219219.kmol-1 = 75,75757576 kg.jam-1

N12DEN sisa = N9DEN– σDEN. r

= 5,437654434 kmol.jam-1–3(1,72192390 kmol.jam4 -1) = 0,271882722 kmol.jam-1

F12DENsisa = N12DENx BMDEN

= 0,271882722 kmol.jam-1x 105,14 kg.kmol-1 = 28,54768578 kg.jam-1

NDENbereaksi = 3 (1,72192390 kmol.jam4 -1) = 5,165771713 kmol.jam-1

FDENbereaksi = 5,165771713 kmol.jam-1x 105,14 kg.kmol-1 = 542,4060298 kg.jam-1

(9)

= 0 +3 (1,72192390 kmol.jam4 -1) = 5,165771713 kmol.jam-1 F12DEA = N12DEAx BMDEA

= (5,165771713 kmol.jam-1x 352,973974 kg.kmol-1) = 1823,38297 kg.jam-1

N12Gliserol =σGliserol. r

= 1(1,72192390 kmol.jam4 -1) =1,72192390 kmol.jam4 -1 F12Gliserol = N12Gliserolx BMGliserol

=1,72192390 kmol.jam4 -1x 92 kg.kmol-1 = 158,4169992 kg.jam-1

Neraca Massa Reaktor (R-210)

Komponen

Alur 2 Alur 8 Alur 10 Alur 12

(kg.jam-1) (kg.jam-1) (kg.jam-1) (kg.jam-1)

RBDPs 1515.151515 - - 75.75757576

Dietanolamin - 570.953716 - 28.54768578

Dietanolamida - - - 1823.38297

Gliserol - - - 158.4169992

NaOCH3 - 6.25831569 - 6.258315692

CH3OH - 18.7749471 18.77494708

-F (kg.jam-1) 1515.151515 595.986978 18.77494708 2092.363546

(10)

4. Separator (H-310)

Disini terjadi pemisahan berdasarkan perbedaan massa jenis dari gliserol dan natrium metoksida. Gliserol yang keluar sebagai hasil samping 8 – 12 % dari bahan baku . (Bailey, 2005). Sehingga yang keluar sekitar 95 % dari jumlah total gliserol

Perhitungan : Alur 12

F12DEA = 1823,38297 kg.jam-1 F12DENsisa = 28,54768578 kg.jam-1 F12Gliserol = 158,4169992 kg.jam-1 F12NaOCH3 = 6,258315692 kg.jam-1 F12RBDPs sisa = 75,75757576 kg.jam-1 Alur 13

F13Gliserol = 158,4169992 kg.jam-1x 0.95 = 150,4961492 kg.jam-1 N13Gliserol = 1,635827709 kmol.jam-1 Alur 14

F14DEA = 1823,38297 kg.jam-1 F14DENsisa = 28,54768578 kg.jam-1 F14NaOCH3 = 6,258315692 kg.jam-1 F14RBDPs sisa = 75,75757576 kg.jam-1 F14Gliserol = F12Gliserol -F13Gliserol

= (158,4169992 - 150,4961492) kg.jam-1 = 7,.920849959 kg.jam-1

(11)

Neraca Massa Separator (H-310)

Komponen

Alur 12 Alur 13 Alur 14 (kg.jam-1) (kg.jam-1) (kg.jam-1) Dietanolamin 28.54768578 - 28.54768578 Dietanolamida 1823.38297 - 1823.38297 Gliserol 158.4169992 150.496149 7.920849959 RBDPs 75.75757576 - 75.75757576 NaOCH3 6.258315692 - 6.258315692 F (kg.jam-1) 2092.363546 150.496149 1941.867397

Total 2092.363546 2092.363546

5. Ekstraktor ( H-330)

14 17

16

H-330 Dietil eter

DEA DEN sisa Gliserol

RBDPs sisa

Natrium Metoksida

DEN sisa DEA

Gliserol Dietil eter

Natrium Metoksida RBDPs sisa

Kelarutan dietil eter sangat tinggi tetapi tidak mencapai 100 %. Oleh sebab itu ditambahkan dietil eter berlebih sebanyak 1,5 kali dari produk amida dan RBDPs sisa

F14DEA = 1823,38297 kg.jam-1 F14DENsisa = 28,54768578 kg.jam-1 F14NaOCH3 = 6,258315692 kg.jam-1 F14RBDPs sisa = 75,75757576 kg.jam-1 F14Gliserol = 7,.920849959 kg.jam-1

Alur 16

(12)

N16Dietil eter = F16Dietil eter / 72,12 kg.kmol-1

= 2848,710819 kg.jam-1/ 72 kg.kmol-1 = 39,56542804 kmol.jam-1

Alur 17

F17DEA = 1823,38297 kg.jam-1 F17DENsisa = 28,54768578 kg.jam-1 F17NaOCH3 = 6,258315692 kg.jam-1 F17RBDPs sisa = 75,75757576 kg.jam-1 F17Gliserol = 7,920849959 kg.jam-1 F16Dietil eter = 2848,710819 kg.jam-1

Neraca Massa Mixer (M- 330)

Komponen

Alur 14 Alur 16 Alur 17

(kg.jam-1) (kg.jam-1) (kg.jam-1) Dietanolamin 28.54768578 - 28.54768578 Dietanolamida 1823.38297 - 1823.38297 Gliserol 7.920849959 - 7.920849959 Dietil eter - 2848.710819 2848.710819

RBDPs 75.75757576 - 75.75757576

NaOCH3 6.258315692 - 6.258315692

F (kg.jam-1) 1941.867397 2848.710819 4790.578216

(13)

6. Dekanter H-340

Penggunaan dietil eter untuk mengikat senyawa non polar yaitu Dietanolamida dan RBDPs. Oleh karena itu dilakukan pemisahan karena didalam dekanter memiliki 2 sifat yaitu polar dan non polar. Diasumsikan dietanolamin yang keluar ke alur 19 sebesar 10 % dari jumlah dietanolamin yang masuk

F17DEA = 1823,38297 kg.jam-1 F17DENsisa = 28,54768578 kg.jam-1 F17NaOCH3 = 6,258315692 kg.jam-1 F17RBDPs sisa = 75,75757576 kg.jam-1 F17Gliserol = 7,920849959 kg.jam-1 F16Dietil eter = 2848,710819 kg.jam-1

Alur 18

F18NaOCH3 = 1,025095079 kg.jam-1 F18Gliserol = 2,594827335 kg.jam-1 F18DENsisa = 28,54768578 kg.jam-1x 0.1

= 2,854768578 kg.jam-1 Alur 19

(14)

F19Dietil eter = 2848,710819 kg.jam-1 F19DENsisa = 28,54768578 kg.jam-1x 0.9

= 25,6929172 kg.jam-1

Neraca Massa Decanter (H-340)

Komponen

Alur 17 Alur 18 Alur 19

(kg.jam-1) (kg.jam-1) (kg.jam-1) Dietanolamin 28.54768578 2.854768578 25.6929172 Dietanolamida 1823.38297 - 1823.38297

Gliserol 7.920849959 7.920849959 -Dietil eter 2848.710819 - 2848.710819

RBDPs 75.75757576 - 75.75757576

NaOCH3 6.258315692 6.258315692 -F (kg.jam-1) 4790.578216 17.03393423 4773.544282

Total 4790.578216 4790.578216

7. Vaporizer (V-350)

F19DEA = 1823,38297 kg.jam-1 F19RBDPs sisa = 75,75757576 kg.jam-1 F19Dietil eter = 2848,710819 kg.jam-1 F19DENsisa = 25,6929172 kg.jam-1

Alur 20

(15)

Alur 21

F21Dietil eter = 2848,710819 kg.jam-1

Neraca Massa Vaporizer (V-350)

Komponen

Alur 19 Alur 21 Alur 20

(kg.jam-1) (kg.jam-1) (kg.jam-1) Dietanolamida 1823.38297 - 1823.38297 Dietil eter 2848.710819 2848.710819

-RBDPs 75.75757576 - 75.75757576

Dietanolamin 25.6929172 - 25.6929172 F (kg.jam-1) 4773.544282 2848.710819 1924.833463

(16)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Basis Perhitungan : 1 jam operasi Suhu Referensi : 25oC atau 298oK L.B.1. Kapasitas Panas (Cp)

L.B.1.1. Kapasitas Panas (Cp) Padatan

Dari Perry,1997 tabel 2-393 halaman 2-453 diketahui kontribusi elemen atom untuk estimasi kapasitas panas (Cp) bahan berupa padatan,

Tabel B.1 Kontribusi Estimasi Kapasitas Panas Elemen atom berupa padatan

Elemen atom Δ E(J/mol.K)

C 10.89

H 7.56

O 13.42

Na 26.19

Besarnya harga kapasitas panas (Cp) padatan,

Dimana, Cps = kapasitas panas padatan pada suhu 298oK (J/mol.K) n = jumlah perbedaan elemen atom pada senyawa Ni = jumlah elemen atom i pada senyawa

(17)

L.B.1.2 Kapasitas Panas (Cp) Cairan

Untuk estimasi kapasitas panas bahan berupa cairan dapat dilihat berdasarkan konstribusi gugus atom, (Perry,1997)

Tabel B.2 Kontribusi Estimasi Kapasitas Panas berupa Cairan

Ikatan Cpi (J/mol.K)

-CH3 36.82

-CH2 30.38

=CH 21.34

-CH 20.92

-OH 44.7

-NH 43.93

=CO 52.97

-O 35.15

-N 31.38

Besarnya harga kapasitas panas (Cp) padatan,

Dimana, Cpl = kapasitas panas padatan pada suhu 298oK (J/mol.K) n = jumlah perbedaan elemen atom pada senyawa Ni = jumlah elemen atom i pada senyawa

(18)

Tabel B.3 Data Cp Beberapa Senyawa(J/mol.K)

Senyawa a b c d e

Metanol (l) -258.25 3.3582 -0.0116388 1.41E-05 -Air (l) 18.2964 0.472118 -0.0013387 1.31E-06 -Metanol (g) 34.4925 -0.0291887 0.000286844 -3.13E-07 1.10E-10 Dietileter (g) 46.7637 0.100949 0.00056905 -7.74E-07 3.03E-10

(Sumber : Reklaitis, 1983)

L.B.1.3 Perhitungan Kapasitas Panas (Cp) masing-masing bahan Cp NaOCH3 = Na + O+ C + 3(H)

= 73,18 J/mol.K Cp C2H5OC2H5 = 2(CH3)+2(CH2)+O

= 169,55 J/mol.K

Cp NH(CH2CH2OH)2 = NH + 2(CH2)+ 2(CH2)+2(OH) = 254,85 J/mol.K

Cp C3H8O3 = 2(CH2)+CH+3(OH)

= 215,78 J/mol.K

Cp C13H25O6(Tri Laurat) = (3(CH3) + 32(CH2) + CH + 3(CO) + 3(O)) x 0.1001001%

= 1,369269268J/mol.K

Cp C45H86O6(Tri Miristat) = (3(CH3) + 38(CH2) + CH + 3(CO) + 3(O)) x 1.2012012%

= 18,62078078 J/mol.K

Cp C51H98O6(Tri Palmitat) = (3(CH3) + 44(CH2) + CH + 3(CO) + 3(O)) x 59.159159%

= 1024,908769 J/mol.K

Cp C57H110O6(Tri Stearat) = (3(CH3) + 50(CH2) + CH + 3(CO) + 3(O)) x 4.6046046%

= 88,16620621 J/mol.K

Cp C63H122O6(Tri Arachidat) = (3(CH3)+56(CH2)+CH+3(CO)+3(O)) x 0.4004004 % = 8,396476468 J/mol.K

(19)

= 524,8305105 J/mol.K

Cp C48H98O6(Tri Linoleat) = (3(CH3)+38(CH2)+7(CH)+6(CH)+3(CO)+3(O)) x 6.3063063 %

= 113,7493694 J/mol.K

Jumlah Cp RBDPs = Cp C13H25O2 (Tri Laurat)+ Cp C45H86O6 (Tri Miristat)+Cp C51H98O6(Tri Palmitat)+ Cp C57H110O6 (Tri Stearat)+ Cp C63H122O6 (Tri Arachidat)+ Cp C48H114O6(Tri Oleat)+ Cp C48H98O6(Tri Linoleat) = 1780,041381 J/mol.K

Cp C12H23ON(C2H4OH)2 = CH3+14(CH2)+CO+2(OH)+N x 0.1001001% = 0,636526526 J/mol.K

Cp C20H39ON(C2H4OH)2 = CH3+22(CH2)+CO+2(OH)+N x 0.4004004 % = 3,519239236 J/mol.K

Cp C18H33ON(C2H4OH)2 = CH3+32(CH2)+CH+CH+CO+2(OH) + N x 28.228228 %

= 345,792973 J/mol.K

Cp C18H31ON(C2H4OH)2 = CH3+27(CH2)+2(CH)+2(CH)+CO+2(OH)+N x 6.3063063 %

= 70,33738738 J/mol.K Jumlah Cp Dietanolamida = 914,4051752 J/mol.K

Cp H2O 25oC = 18,296 + 4,7211 x 10-1(298) + (-1,339 x 10-3(2982)) +

(1,314 x 106(2983)) = 74,85 J/mol.K

Cp CH3OH = -258,25 + 3,3582(298) + -0,0116388(2982) + (1,40516 x 10-5(2983))

(20)

L.B.2 Panas Pembentukan Standar∆H0f(298)

Dari Perry,1997 tabel 2-388 halaman 2-349 diperoleh estimasi∆H0f(298) untuk ikatan (J/mol.K)

Tabel B.4 Kontribusi Estimasi Panas

Pembentukan Standar (Δ H0f298)

Ikatan Δ H (J/mol)

-CH3 -76.45

-CH2 -20.64

=CH 37.97

-CH 29.89

-OH -208.04

-NH 53.47

=CO -133.22

-O -132.22

-N 123.34

Na -407.743

Besarnya harga pembentukkan standar,

Dimana,Δ Hof298= Panas pembentukan standar pada suhu 298oK(kJ/mol.K) n = jumlah perbedaan elemen atom pada senyawa

Ni = Jumlah elemen atom i pada senyawa

L.B.2.1 Perhitungan Estimasi∆H0f(298)masing–masing Senyawa,

Δ Hof298C2H5OC2H5 = 2(CH3)+2(CH2)+O = -258,11 kJ/mol

Δ Hof298NaOCH3 = -415,903 kJ/mol (Geankoplis,C.J,2003)

Δ Hof298H2O = -241,8352 kJ/mol (Reklaitis, 1983)

Δ Hof298NH(CH2CH2OH)2 = NH + 4(CH2) +2(OH) = -376,88 kJ/mol

(21)

= -567,22 kJ/mol

Δ Hof298CH3OH = -201,16672 kJ/mol (Reklaitis, 1983)

Δ Hof298C13H25O2(Tri Laurat) = 3(CH3) + 32(CH2) + CH + 3(CO) + 3(O) x 0.1001001%

= -1,589559558 kJ/mol

Δ Hof298 C45H86O6(Tri Miristat) = 3(CH3) + 38(CH2) + CH + 3(CO)+ 3(O) x 1.2012012%

= -20,56228228 kJ/mol

Δ Hof298C51H98O6(Tri Palmitat) = 3(CH3) + 44(CH2) + CH + 3(CO) + 3(O) x 59.159159%

= -1085,955105 kJ/mol

Δ Hof298C57H110O6(Tri Stearat) = 3(CH3) + 50(CH2) + CH + 3(CO) + 3(O) x 4.6046046%

= -90,22676677 kJ/mol

Δ Hof298C63H122O6(Tri Arachidat) = 3(CH3)+56(CH2)+CH+3(CO)+3(O) x 0.4004004 %

= -8,341661653 kJ/mol

Δ Hof298C48H114O6(Tri Oleat) = 3(CH3)+86(CH2)+4(CH-)+3(CH)+3(CO)+3(O)

x 28.228228 % = -705,4093094 kJ/mol

Δ Hof298C48H98O6(Tri Linoleat) =

3(CH3)+71(CH2)+7(CH)+6(CH)+3(CO)+3(O)

x 6.3063063 % = -125,2287387 kJ/mol

JumlahΔ Hof298RBDPs =Δ Hof298C13H25O2+Δ Hof298 C45H86O6+

Δ Hof298C51H98O6+Δ Hof298C57H110O6+

Δ Hof298C63H122O6+Δ Hof298C48H114O6+

Δ Hof298C48H98O6 = -2037,313423 kJ/mol

Δ Hof298C12H23ON(C2H4OH)2 = CH3+14(CH2)+CO+2(OH)+N = -0,792162161 kJ/mol

(22)

= -10,0018018 kJ/mol

Δ Hof298C18H33ON(C2H4OH)2 = CH3+32(CH2)+CH+CH+CO+2(OH) + N = -309,1075676 kJ/mol

Δ Hof298C18H31ON(C2H4OH)2 = CH3+27(CH2)+2(CH)+2(CH)+CO+2(OH)+N

= -58,26837838 kJ/mol

JumlahΔ Hof298Dietanolamida =Δ Hof298C12H23ON(C2H4OH)2+

Δ Hof298C14H27ON(C2H4OH)2+

Δ Hof298 C18H35ON(C2H4OH)2 +

Δ Hof298 C18H33ON(C2H4OH)2 +

Δ Hof298C18H31ON(C2H4OH)2 = -941,1511412 kJ/mol

Tabel B.5 Panas Penguapan (J/mol) Komponen Δ Hvl

CH3OH 35270.4 H2O 40656.2 Dietil eter 26693.3

L.B.3 Perhitungan Neraca Energi

Persamaan– persamaan neraca panas yang digunakan dalam perhitungan ini sebagai berikut :

(23)

)

(Smith,dkk. 2005)  Perhitungan panas penguapan

(Smith,dkk. 2005)

 Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :



dQ _{(Reklaitis, 1983)}

 Perhitungan Estimasi Kapasitas Panas (Cp)

Perhitungan estimasi Cp (J.mol-1.K-1) dengan menggunakan persamaan Cp = a + bt + ct2+ dt3,....

Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :

(Reklaitis, 1983)

Air pendingin yang digunakan dalam pabrik ini merupakan air yang memiliki suhu 20oC (293oK) dan selanjutnya keluar pada suhu 50oC (323oK) dengan tekanan 1 atm.

= 18,296(293-298) + (0,472118/2) x (2932-2982) – (1,336 x 10-3/3) x (2933-2983) + (1,31424 x 10-6/4) x (2934-2984)

= -374.114 kJ/mol = -20.784111 kJ / kg

= 18,296(320-298) + (0,472118/2) x (3202-2982) – (1,336 x 10-3/3) x (3203-2983) + (1,31424 x 10-6/4) x (3204-2984)

(24)

1. Tangki Pemanas RBDPs (F-110)

Panas masuk ke tangki pemanas RBDPs

Komponen m (kg) BM (kmol/kg) n (kmol)

Cp (kJ/kmol.K)

Δ t

(K)

Q = n.Cp.dT (kJ) RBDPs 1515.15152 835.9219219 1.812551478 2203.445526 25 99846.46111

Total 99846.46111

Panas keluar ke Tangki Pemanas RBDPs

Komponen m (kg)

BM

(kmol/kg) n (kmol)

Cp (kJ/kmol.K)

Δ t

(K)

Q = n.Cp.dT (kJ) RBDPs 1515.15152 835.9219219 1.812551478 2203.445526 50 199692.9222

Total 199692.9222

dQ = Qkeluar–Qmasuk

= (199692,9222- 99846,46111) kJ = 99846,4611 kJ

(25)

kJ/kg 2652) -(2706

kJ 99846,4611



= 1849,00854 kg

2. Reaktor Dietanolamida (R-210)

R-210 T = 75oC

RBDPs

P = 1,01325 bar

P = 0,59 bar T = 85oC

Metanol

P = 1,01325 bar T = 75oC Steam

P = 2 bar T = 120oC

DEA DEN sisa RBDPs sisa

Natrium Metoksida Gliserol

P = 1,01325 bar T = 75oC Kondensat

2

9

12 10

DEN

P = 1,01325 bar T = 30oC

Metanol

Natrium Metoksida

Reaksi yang terjadi,

Persamaan neraca energi :

Panas masuk = panas keluar + akumulasi

Asumsi : keadaansteady state, sehingga akumulasi = 0 Sehingga : panas masuk = panas keluar

Perhitungan panas reaksi pada keadaan standar : R₂–C–

O-O

O–C- R₁ O

O–C- R₃ O

+

HN

CH - CH - OH₂ ₂

CH - CH - OH₂ ₂ 3RC- N

O

+

HO-OH

OH

(26)

∆Hr (298) = [(3 x∆H0f , Dietanolamida+∆H 0

f , Gliserol)–(∆H0f, RBDPs+ 3 x∆H0f , Dietanolamina)]

= [((3 x -941,1511412) + -567,22 ) kJ/mol)–

(-2037,313423 + (3 x -376,88 kJ/mol))] = -222,72 kJ/mol

Dari Lampiran A, diperoleh harga laju reaksi, r = 1,721923904 kmol/jam

Panas masuk pada reaktor

Komponen m (kg) BM (kmol/kg) n (kmol)

Cp (kJ/kmol.K)

Δ t

(K)

Δ H =

n.Cp.dT (kJ) RBDPs 1515.15152 835.9219219 1.812551478 2203.445526 50 199692.9222 Dietanolamin 570.953716 105 5.437654434 254.85 5 6928.931163 N. Metoksida 6.25831569 54.03 0.115830385 73.18 5 42.38233781 Metanol 18.3994481 32.043 0.574211158 80.78 5 236.6570273

Total 206900.8927

Panas masuk pada reaktor

Komponen m (kg)

BM

(kmol/kg) n (kmol)

Cp (kJ/kmol.K)

Δ t

(K)

Δ H = n.Cp.dT

(kJ) Dietanolamida 1823.38297 352.973974 5.165771713 914.4051752 50 236180.4194

Gliserol 158.416999 92 1.721923904 215.78 50 18577.837 N. Metoksida 6.25831569 54.03 0.115830385 73.18 50 423.8233781 Dietanolamin sisa 28.5476858 105 0.271882722 254.85 50 3464.465581 RBDPs sisa 75.7575758 835.9219219 0.090627574 2203.445526 50 9984.646111

Total 268631.1915

Panas masuk pada reactor

Komponen n (kmol)

Cp

(kJ/kmol) Δ Hvl(kJ/kmol) Δ H= n.(Cp.Δ t +Δ Hvl) Metanol 18.3994481 80.78 35.2704 73478.01949

Total 73478.01949

(27)

= 342109,211 kJ

dQ/dT =∆Hr (298). r +∆Houttotal– ∆Hintotal

= -222,72 kJ/kmol x 1,721923904 kmol + (342109,211 kJ –

206896,1596) kJ = 134824.8113 kJ

Jadi untuk memanaskan RBDPs dibutuhkan panas sebesar 134829,544 kJ, untuk memenuhi panas ini digunakan steam yang masuk pada suhu 120oC ; 2 bar dengan besar entalpi H (120oC) 2706 kJ/kg. Kondensat yang keluar pada suhu 85oC ; 0,59 bar dengan besar entalpi H(85oC) 2652 kJ/kg

kJ/kg 2652) -(2706

kJ 3 134824.811



= 2496.75577 kJ 3. Vaporizer (V-360)

Panas masuk Evaporizer

Komponen m (kg)

BM

(kmol/kg) n (kmol)

Cp (kJ/kmol.K)

Δ t

(K)

Q = n.Cp.dT (kJ) Dietanolamida 1823.38297 352.973974 5.165771712 914.4051752 5 23618.04194

(28)

Total 58414.09043 Panas keluar Evaporizer

Komponen m (kg)

BM

(kmol/kg) n (kmol)

Cp (kJ/kmol.K)

Δ t

(K)

RBDPs sisa 75.7575758 835.9219219 0.090627574 2203.445526 22 4393.244289 Dietanolamin sisa 25.6929172 105 0.24469445 254.85 22 1371.92837

Total 109684.5572

Panas keluar Evaporizer

Komponen n (kmol)

Cp

(kJ/kmol) Δ Hvl(kJ/kmol) Δ H= n.(Cp.Δ t +Δ Hvl ) Dietil Eter 39.4995954 169.55 26.6933 148391.8153

Total 148391.8153

TotalΔ Hkeluar = (109684,5572+ 148391,8153) kJ = 258076,3725 kJ

= (258076,3725–58414,09043) kJ = 199662,282 kJ

Jadi untuk memanaskan RBDPs dibutuhkan panas sebesar 199662,282 kJ, untuk memenuhi panas ini digunakan steam yang masuk pada suhu 120oC ; 2 bar dengan besar entalpi H (120oC) 2706 kJ/kg. Kondensat yang keluar pada suhu 85oC ; 0,59 bar dengan besar entalpi H(85oC) 2652 kJ/kg

kJ/kg 2652) -(2706

kJ 199662,282



(29)

4. Heat Exchanger (cooler 1) (E–211)

Air dingin masuk pada Heat Changer (cooler 1)

Komponen n (kmol)

Cp

(kJ/kmol) Δ Hvl(kJ/kmol) Δ H= n.(Cp.Δ t +Δ Hvl ) Metanol 0.57421116 80.78 35.2704 2339.491524

Total 2339.491524

Air dingin keluar pada Heat Changer (cooler 1)

Komponen m (kg)

BM

(kmol/kg) n (kmol)

Cp (kJ/kmol.K)

Δ t

(K)

Q = n.Cp.dT (kJ) Metanol 18.3994481 32.043 0.574211158 80.78 5 231.9238867

Total 231.9238867

= 231,9238867 kJ–2339,491524 kJ = -2107,5676 kJ

Jadi panas yang diserap oleh air pendingin sebesar 2107,5676 kJ, maka digunakan air pendingin dengan termperatur masuk 20oC(293oK) ; 1,01325 bar dan keluar pada 50oC (323oK) ; 1,01325 bar. H(20oC) = -374.114 kJ/mol; H(50oC ) = 1879,024 kJ/kmol

Jumlah air pendingin yang dibutuhkan, n = Qair pendingin/ H(323oK)–H(293oK)

(30)

m = n x BM

= 0.95448189 kmol x 18 kg/kmol = 17.1806741 kg

Komponen m (kg)

BM

(kmol/kg) n (kmol)

Cp (kJ/kmol.K)

Δ t

(K)

Gliserol 158.416999 92 1.721923904 215.78 50 18577.837 Dietanolamin sisa 28.5476858 105 0.271882722 254.85 50 3464.465581

RBDPs sisa 75.7575758 835.9219219 0.090627574 2203.445526 50 9984.646111 N.Metoksida 6.25831569 54.03 0.115830385 73.18 50 423.8233781

(31)

= (26863,11914- 268631,1914) kJ = -241768,0723 kJ

= 241768,0723 kJ / (1879,024–(-374.114)) kJ/kmol = 107.302835 kmol

m = n x BM

= 107.302835 kmol x 18 kg/kmol = 1931.45103 kg.

Komponen m (kg)

BM

(kmol/kg) n (kmol)

Cp (kJ/kmol.K)

Δ t

(K)

Gliserol 158.416999 92 1.721923904 215.78 5 1857.7837 Dietanolamin

sisa 28.5476858 105 0.271882722 254.85 5 346.4465581 RBDPs sisa 75.7575758 835.9219219 0.090627574 2203.445526 5 998.4646111 N.Metoksida 6.25831569 54.03 0.115830385 73.18 5 42.38233781

(32)

Komponen n (kmol)

Cp

(kj/kmol) Δ Hvl(kJ/kmol) Δ H= n.(Cp.Δ t +Δ Hvl ) Dietil Eter 39.4995954 169.55 26.6933 148391.8153

Total 148391.8153

Komponen m (kg)

BM

(kmol/kg) N (kmol)

Cp (kJ/kmol.K)

Δ t

(K)

Q = n.Cp.dT (kJ) Dietil Eter 2848.71082 72.12 39.49959538 169.55 5 33485.78198

Total 33485.78198

= (33485,78198–148391,8153) kJ = -114906,03 kJ

(33)

= 50.9982273 kmol

m = n x BM

(34)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

1. Tangki Penyimpanan bentuk silinder tegak, tutup dan alas datar

Ada 4 buah tangki penyimpanan yang digunakan dalam pabrik dietanolamida, yaitu :

1. F-110 : Menyimpan RBDPs untuk kebutuhan 5 hari 2. F-120 : Menyimpan dietanolamin untuk kebutuhan 30 hari 3. F-320 : Menyimpan gliserol untuk kebutuhan 10 hari 4. F-360 : Menyimpan dietanolamida untuk kebutuhan 10 hari Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 Grade C

Perhitungan untuk Tangki Bahan Baku RBDPs (F-110) Kondisi operasi : Temperatur (T) : 75oC (348 K)

Tekanan (P) : 1 atm Laju alir massa (F) = 1515,151515 kg/jam Densitas RBDPs = 916,5 kg/m3

Waktu tinggal (t) = 5 hari Faktor kelonggaran (fk) = 20% a). Volume tangki (VT)

Kebutuhan RBDPs = 1515,151515 kg/jam Kebutuhan untuk 1 hari = 36363,63636 kg /hari Kebutuhan untuk 5 hari = 181818,1818 kg /5 hari Volume larutan (Vc) = 

    

(35)

= ₃

= 198,3831771 m3 b). Tinggi tangki (HT) dan tinggi cairan dalam tangki (HC)

 Volume silinder (VS)

Direncanakan :

Tinggi silinder (HS) : Diameter (Dt) = 4 : 3 Sehingga :

VT =  = 238,0598125 m3

 Diameter tangki (Dt) VT = 1,0467 Dt3

= 6,104095051 m = 240,3182222 in  Jari–jari tangki (R)

(36)

Ht = Hs Hs =

3 4

Dt

= 3 4

(6,104095051 m) = 8,138793401 m = 320,4242962 in  Tinggi cairan (Hc),

Hc = (1-0,2) Hs

= 0,8 (8,138793401 m) = 6,511034721 m c). Tekanan desain (Pdesain)

Po = 14,696 psia = 1 atm Phidrostatik = g Hc

= 

        

 

2 3 9,8 916,5

s m m

kg

(6,511034721 m) = 58480,16055 Pa

= 8,481826859 psia Poperasi = Po+ Phidrostatik

= (14,696 + 8,481826859) Psia = 23,17782686 psia

Pdesign = (1 + fk) Poperasi

= (1 + 0,2) (23,17782686 Psia) = 27,81339223 psia

= 1,892582487 atm d). Tebal shell tangki (d)

Direncanakan tebal silinder tangki menggunakan bahan konstruksi Carbon steel, SA-285, Grade C, sebagai berikut

 Efisiensi sambungan (E) = 0,85 (Timmerhaus, dkk. 2004)

(37)

 Faktor korosi (C) = 0,125 in/tahun (Brownell dan Young. 1959)

 Umur alat direncanakan (A) = 10 tahun d =

P SE

PR 6 , 0

 + (CA)--- (Timmerhaus, dkk. 2004)

Dimana :

d = tebal tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (psia)

R = Jari–jari dalam tangki (in) / D/2 S = Stress yang diizinkan

d =















13,750 0,85



 

0,6 27,81339223



0,125 (10 )

in 1 120,159111 psia

3 27,8133922

tahun tahun

in psia

psia 

 

   

d = 1,536358181 in

Dari tabel 5.4 (Brownell dan Young. 1959), maka dipilih tebal tangki standar adalah 1 ¾ in atau 1,75 in.

e). Tebal tutup tangki (d)

Direncanakan tebal tutup tangki menggunakan bahan konstruksi Carbon steel, SA-285, Grade C, sebagai berikut :

 Allowable working stress(S) = 13.750 psia (Brownell dan Young. 1959)

 Umur alat direncanakan (A) = 10 tahun dh =

P SE

PD_t 2 , 0

2  + (CA)--- (Timmerhaus, dkk. 2004) Dimana :

(38)

d =















2 13,750 0,85



 

0,2 27,81339223



0,125 (10 )

in 2 240,318222 psia

3 27,8133922

tahun tahun

in psia

psia

x 

 

   

d = 1,536017369 in

Dari tabel 5.4 (Brownell dan Young. 1959), maka dipilih tebal tangki standar adalah 1,75 in.

e). Tebal Jaket Pemanas

Diameter dalam, Dij = Dt + 2 (tebal tangki)

= 240,3182222 in + 2 (1,75 in) = 243,8182222 in

Jari–jari (R) = 121,9091111 in

d =

_



_

_







13,750 0,85



 

0,6 27,81339223



0,125 (10 )

in 3 121,695469 psia

3 27,8133922

tahun tahun

in psia

psia 

 

   

= 1,540528708 in

(39)

Tabel LC.1 Analog perhitungan untuk tiap tangki untuk tutup datar sehingga diperoleh spesifikasi seperti pada tabel berikut:

Tangki

Waktu simpan (hari)

Volume tangki (m3)

Diameter tangki (m)

Tinggi

tangki Jumlah F-110 5 238,0598125 6,1040951 8,1387934 1 F-120 30 451,5368515 7,5559717 10,074629 1 F-320 10 131,0288618 5,0024365 4,27656568 1 F-360 10 561,0177162 8,1230311 10,8307082 1

2. Tangki Penyimpanan bentuk silinder tegak dengan alas datar dan tutup ellipsoidal

Ada 4 buah tangki penyimpanan yang digunakan dalam pabrik dietanolamida, yaitu :

1. F-130 : Menyimpan dietil eter sementara untuk kebutuhan 1 hari 2. F-140 : Menyimpan dietil eter untuk kebutuhan 10 hari

3. F-160 : Menyimpan metanol sementara untuk kebutuhan 1 hari 4. F-170 : Menyimpan metanol untuk kebutuhan 10 hari

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 Grade C

Perhitungan untuk Tangki Bahan Baku RBDPs (F-110) Kondisi operasi : Temperatur (T) : 30oC (303 K)

Tekanan (P) : 1 atm Laju alir massa (F) = 2848,710819 kg/jam Densitas dietil eter = 713,4 kg/m3

(40)

a). Volume tangki (VT)

Kebutuhan Dietileter = 2848,710819 kg/jam Kebutuhan untuk 1 hari = 68369,05965 kg /hari Kebutuhan untuk 10 hari = 683690,5965 kg /10 hari Volume larutan (Vc) = 

= 958,3551955 m3

Volume tangki (VT) = (1 + 20 %) (958,3551955 m3) = 1150,026235 m3

b). Tinggi tangki (HT) dan tinggi cairan dalam tangki (HC)  Volume silinder (VS)

VT = 

Direncanakan :

Tinggi silinder (HS) : Diameter (Dt) = 4 : 3 Tinggi head : Diameter (Dt) = 1 : 4 Sehingga :

VS = 

 Volume head ellipsoidal (Vh)

(41)

Diameter tangki (Dt) = 9,921612869 m x m

in 1

73 , 39

= 390,6138986 in Jari–jari tangki (R) = Dt

2 1

= 2 1

(9,921612869 m)

= 4,960806434 m x m

in 1

73 , 39

= 195,3069493 in Tinggi silinder (Hs), =

3 4

Dt

= 3 4

(9,921612869 m)

= 13,22881716 m x m

in 1

73 , 39

= 520,8185315 in Tinggi head ellipsoidal (Hh) =

4 1

Dt

= 4 1

(9,921612869 m)

= 2,480403217 m x m

in 1

73 , 39

= 97,65347466 in  Tinggi tangki (HT)

HT = HS+ Hh

= (13,22881716 + 2,480403217) m = 15,70922038 m

= 618,4720062 in  Tinggi cairan (Hc),

Hc = (1-0,2) Hs

(42)

= 416,6548252 in c). Tekanan desain (Pdesain)

= 

        

 

2 3 9,8 713,4

s m m

kg

(10,58305373 m) = 73989,51518 Pa

=10,73126768 psia Poperasi = Po+ Phidrostatik

= (14,696 +10,73126768) Psia = 19,67701323 psia

= (1 + 0,2) (25.42726768 Psia) = 30,51272122 psia

= 2,07626029 atm d). Tebal silinder tangki (d)

Direncanakan tebal silinder tangki menggunakan bahan konstruksi Carbon steel, SA-285, Grade C, sebagai berikut

P SE

PR 6 , 0

Dimana :

(43)

d =







d = 1,760023762 in

Dari tabel 5.4 (Brownell dan Young. 1959), maka dipilih tebal tangki standar adalah 2 in .

 Umur alat direncanakan (A) = 10 tahun dh = Dimana :

dh = tebalheadtangki (in) P = tekanan desain (psia) Dt = diameter tangki (in) S = Stress yang diizinkan d =

d = 1,760023762 in

(44)

Tabel LC.2 Analog perhitungan untuk tiap tangki untuk tutup ellipsoidal sehingga diperoleh spesifikasi seperti pada tabel berikut:

Tangki

Waktu simpan (hari)

Volume tangki (m3)

Diameter tangki (m)

Tinggi

tangki Jumlah F-130 1 0,542672095 0,7724295 1,22301339 1 F-140 10 5,426720954 1,6641489 2,63490248 1 F-160 1 115,0026235 4,6052048 7,29157419 1 F-170 10 1150,026235 9,9216129 15,7092204 1

3. Cooler

Ada 3 buah cooler yang digunakan dalam pabrik dietanolamida, yaitu : 1. E-211 : menurunkan temperatur metanol sebelum masuk ke F-130 2. E-331 : menurunkan temperatur R-210 sebelum masuk ke H-310 3. E-351 : menurunkan temperatur dietil eter sebelum masuk ke H-160 Jenis :Double Pipe Heat Exchander

Dipakai : pipa 2 x 11₄ in IPS, 2 ft hairpin Jumlah : 1 unit

Perhitungan untuk cooler 1 (E-211)  Fluida panas

Laju alir fluida masuk = 18,3994 kg/jam = 40,5641 lbm/jam Temperatur awal (T1) = 75 °C = 167 °F

Temperatur akhir (T2) = 30 °C = 86 °F

Q fluida panas masuk = 2387,236249 kJ/jam= 2262,5687 btu/jam

 Fluida dingin

Laju alir fluida dingin = 25,3825 kg/jam = 55,9591 lbm/jam Temperatur awal (t1) = 20 °C = 68 °F

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

Panas yang diserap (Q) = 2150,5792 kJ/jam = 2038,2705 btu/jam

(45)

Fluida Panas Fluida Dingin Selisih

Fluida panas–Anulus 3) flow area anulus

ft

(4) kecepatan massa

2

Dari Gambar 15 (Kern,1950,hal.825)

μ = 0,0120 cP

μ = 0,0120 x 2,42 = 0,0290 lbm/ft.jam

Fluida dingin–Inner Pipe

(3’) 0,115ft

12 1,38

D 

(Tabel 11,kern) 2

(4’) kecepatan massa

2

Dari Gambar 14 (Kern, 1950, hal.823)

(46)

1761

(6) Dari Gambar 24 (Kern,1950,hal.834) JH= 72

(7) Pada Tc= 126,50F

Dari Gambar 3 (Kern,1950,hal.805) c = 0,6210 Btu/lbm .

(10) clean averall coefficient, Uc

)

Rdketentuan = 0,002

F

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

L yang diperlukan 27,1879ft 0,435

Dari Gambar 2 (Kern,1950,hal.804) c = 0,61 Btu/lbm .0F

(9’)Koreksi hioke permukaan pada OD

(47)

hairpain

Berarti dibutuhkan 2 hairpain (48 ft) (13) A = 1 x 48 x 0,435 = 20,8800 ft2 (14) Menghitung Ud dan Rd sebenarnya,

Btu

Pressure drop

(1) De’ = (D2–D1) = 0,0339 ft x4905,467 0105

Pressure drop

(1’) Rep’=26962,7547

(48)

psi 0,01002

144

62,5 0,02296) (0,00016



 

 Pa

∆P yang diperbolehkan <10 psi Maka spesifikasi dapat diterima

psi 000058 , 0

144

3750 , 9 4 000170 , 0 Pp



 



Ppyang diperbolehkan < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima

Tabel LC.3 Analog perhitungan untuk tiap cooler sehingga diperoleh spesifikasi seperti pada tabel berikut:

Cooler Jumlah Hairpin

Panjang Hairpin

Fluida Panas (Anulus) Fluida Dingin (Inner

Pipa) Δ P

diizinkan Ga lbm/jam.ft2

Δ pa

(Psia) GP lbm/jam.ft2

Δ Pp

(Psia)

E-211 1.1328 2 4.905,4670 0.0100 5.390,2064 0.0001 < 10 E-331 10.5474 11 759.493,2648 0.2782 288.000,1933 0.7888 < 10 E-351 3.2899 4 557.843,9239 0.15942 605.966,8893 1.556354 < 10

4. Pompa

Ada 13 buah pompa dengan jenis sentrifugal yang digunakan dalam pabrik dietanolamida, yaitu :

1. P-111 : memompa fluida dari F-110 menuju R-210 2. P-121 : memompa fluida dari F-120 menuju R-210 3. P-131 : memompa fluida dari F-130 menuju F-140 4. P-141 : memompa fluida dari F-140 menuju M-150 5. P-151 : memompa fluida dari M-150 menuju R-210 6. P-161 : memompa fluida dari F-160 menuju F-170 7. P-171 : memompa fluida dari F-170 menuju M-330 8. P-212 : memompa fluida dari R-210 menuju H-310 9. P-311 : memompa fluida dari H-310 menuju M-330 10. P-321 : memompa fluida dari H-310 menuju F-320 11. P-331 : memompa fluida dari M-330 menuju H-330 12. P-341 : memompa fluida dari H-34 0 menuju V-350 13. P-361 : memompa fluida dari V-350 menuju F-360

(49)

Perhitungan untuk Pompa - 111

F : 1515,152 kg/jam = 0,927876 lbm/s

ρ : 916,5 kg/m3 = 57,21823 lbm/ft3

Q : (0,927876 /57,21823) ft3/s = 0,016216 ft3/s = 0,000459 m3/det

μ : 1,6786 cP = 0,001128 lbm/ft.s Perhitungan perencanaan pompa,

1). Diameter pipa ekonomis

Diopt = 3,63 (Q)0,45(ρ)0,13 (Pers 12-15,Peters,2004) = 3,63 (0,000459)0,45(916,5)0,13

= 0,027726 m = 1,091567 ft

Dipilih material pipa commercial steel 1 in Schedule 40 (App.A.5, Geankoplis (2003) dengan spesifikasi sebagai berikut :

Schedule number : 40

Diameter Dalam (ID) : 1,049 in = 0,087417 ft = 0,026645 m Diameter Luar (OD) : 1,315 in = 0,109583 ft

Inside sectional area : 0,006 ft2= 6.95 x 10-05m2 2).Kecepatan rata-rata fluida dalam pipa

Kecepatan linier, v = A Q

= ₂

3

0,006 / ft 0,016216

ft s

= 2,702741 ft/s = 0,823796 m/s Sehingga,

NRe =  vD

=

lbm/ft.s 0,001128

ft 0,087417 ft/s

2,702741 lbm/ft

757,21823 3_ _

= 11984,94 (aliran turbulen) 3). Faktor gesekan (f)

(50)

Maka harga f = 0,007 4). Friction loss

 Contraction losspada keluaran tangki

= 0,55

1 2

) (0,823796 2

x

= 0,186626 J/kg

 Friction pada pipa lurus Panjang pipa lurus = 10 m

= 4(0,007)

0,026645 2

) (0,823796 x

10 2

x

= 3,565762 J/kg

 Friction pada 1 buah elbow 90o

= 1(0,75)

0,026645 2

) (0,823796 2

x

= 0,006781 J/kg

 Friction pada 1 buah check valve

= 1(2)

0,026645 2

) (0,823796 2

x

= 0,018082 J/kg

 Expansion loss pada tank entrance

= 1

2 ) (0,823796 2 = 0,33932 J/kg

Friksi (ΣF),

(51)

= 4,116571 J/kg x

kg J

lb lb ft _f _m

/ 9890 , 2

/ . 1

= 1,37724 ft.lb_f /lb_m

Energi mekanik yang diterima fluida, Ws ; PersamaanBernoulli

0 )

( ) (

2

1 ₂ ₁

1 2 2

1 2

2   

   

v g z z P P F W_s

v



 ... (Geankoplis. 2003)

Dimana : v1= v2; Δ v2= 0 ; P1= P2; Δ P = 0

Tinggi pemompaan Δ Z = 6 ft

- Ws =  c g

v 2

2



+ c g

g z

 +

 1 2 P P 

+ΣF = 0 + 6 + 0 + 1,37724

= 12,3772401 ft.lb_f /lb_m

efisiensi pompa, η = 80 %

Ws = η x Wp

Wp = 12,3772401 /0,8

Wp = 15,47155015 ft.lb_f /lb_m Daya pompa (P),

P = (-Wp) (Q) (ρ) / 550

(52)

Tabel LC.4 Analog perhitungan untuk tiap pompa sehingga diperoleh spesifikasi seperti pada tabel berikut:

Pompa

Laju alir (kg/jam)

Laju alir

(kg/hari) Doptimum(in) ID

(in) V(ft/s)

∑F

(ft.lbf/lbm) Daya(hp)

Daya standart

(hp) L - 111 1515.152 - 1.09156748 1.049 2.702741 1.37724 0.026101 1/4 L - 121 570.9537 - 0.66512503 0.622 2.429568 102.188 0.089946 1/4 L - 221 - 450.59873 0.14734635 0.269 0.46208 0.115411 0.000186 1/4 L - 131 18.77495 - 0.14734635 0.269 0.46208 0.170324 0.000109 1/4 L - 141 25.03326 - 0.16643722 0.269 0.6016 0.115411 0.00627 1/4 L - 151 595.987 - 0.68452135 0.269 0.236536 0.018264 0.066515 1/4 L - 361 - 68369.0596 1.5712776 1.61 2.770116 0.00611 0.092142 1/4 L - 161 2848.711 - 1.5712776 1.61 2.770116 3.405983 0.045223 1/4 L - 221 2092.364 - 1.2328921 1.049 9.861828 19.12715 1.125441 11/4 L - 311 1941.867 - 1.19234809 1.049 3.220157 1.111533 0.351157 1/2 L - 321 150.4961 - 0.3491835 0.269 2.940838 7.293766 0.005717 1/4 L - 331 4790.578 - 1.91095892 0.269 2.509024 0.348378 0.464403 1/2 L - 341 4773.544 - 1.90864215 2.067 2.50315 0.580438 0.593866 3/4 L - 371 1924.833 - 1.18767972 1.049 3.192327 26.46964 0.151283 1/4

LC-9 Mixer

Ada 2 buah mixer yang digunakan dalam pabrik dietanolamida, yaitu : 1. M - 140 : Untuk mencampur metanol dan natrium metoksida

2. M–150 : Untuk mencampur dietanol amin dengan campuran natrium metoksida dan metanol

Bentuk : silinder tegak, alas datar dan tutupellipsoidal Bahan :Carbon steel,SA-285 Grade. C

Jumlah : 2 unit

Kondisi operasi : Temperatur (T) : 30oC (303 K) Tekanan (P) : 1 atm

(53)

Perhitungan Mixer (M-140)

Komposisi umpan masuk ke Mixer (M-140)

Komponen F(kg/jam) Berat,xi % ρ (kg/m3) μ (Cp) Q (m3/jam)

Metanol 18.77494708 0.75 996.4 0.68 0.018842781

N. Metoksida 6.258315692 0.25 1100 0.71 0.005689378

Total 25.03326277 1 - - 0.024532159

∑F = 25,03326277 kg/jam

∑Q = 0,024532159 m3/jam

∑ρ = _

     



Q F

= _

  

 

jam / m 9 0,02453215

kg/jam 7

25,0332627 3

= 1020,426404 kg/m3x

kg/m 0185 . 16

/ 1

3 3 ft lb

= 63,70299363 3 / ft lb

∑μ campuran= xi . μ metanol + xi . μ N.metoksida = (0.75 x 0.68 cP) + (0.25 x 0.71cP) = 0,6875 cP x

cP 1

det . / 10 7197 ,

6 4

ft lb x 

(54)

Kebutuhan umpan = 25,03326277 kg/jam  Volume bahan (Vc) = _ = 0,024532159 m3

 Volume tangki (VT)

VT = (1 + 20 %) (0,024532159 m3) = 0,029438591 m3

b). Tinggi tangki (HT) dan tinggi cairan dalam tangki (HC)  Volume silinder (VS)

VT = 

Direncanakan :

VS = 

 Volume 2 head ellipsoidal (Vh)

Vh= )

(55)

= 11,11480821 in = 0,926225 ft

 Jari–jari tangki (R)

R = D_t 2 1

= 2 1

(0,282316693 m)

= 0,141158347 m x m

in 1

73 , 39

= 5,557404105 in  Tinggi silinder (Hs),

Hs = 3 4

Dt

= 3 4

(0,282316693 m)

= 0, 376422258 m x m

in 1

73 , 39

= 14,81974428 in

 Tinggi head ellipsoidal (Hh) = ₄

1 Dt

= 4 1

(0,282316693 m)

= 0,070579173 m x m

in 1

73 , 39

= 2,778702053 in  Tinggi tangki (HT)

HT = HS+ Hh

= (0, 376422258 + 0,070579173) m = 0,447001431 m

(56)

 Tinggi cairan (Hc),

= 0,372501192 m x m

= 14,66537194 in c). Tekanan desain (Pdesain)

Po = 14,696 psia = 1 atm

(0,372501192 m) = 3725,07851 Pa

= (14,696 + 0,540276748) Psia = 15,23627675 psia

= (1 + 0,2) (15,23627675 psia) = 18,2835321 psia

Direncanakan tebal silinder tangki menggunakan bahan konstruksiCarbon steel, SA-285, Grade C, sebagai berikut :

(57)

Dimana :

d =







d = 1,258701984 in

 Efisiensi sambungan (E) = 0,85 (Timmerhaus, dkk. 2004)  Allowable working stress(S) = 13.750 psia (Brownell dan Young.

1959)

 Umur alat direncanakan (A) = 10 tahun dh = Dimana :

d = 1,258695176 in

(58)

Data-data perencanaan ukuran pengaduk, (Geankoplis,2003) Jenis pengaduk = Flat six–blade turbine

Jumlahbuffle(R) = 4 Dimana:

Hc = tinggi cairan dalam tangki (ft) Da = diameter pengaduk (ft) Dt = diameter tangki (ft) J = lebarbuffle(ft)

E = tinggi daun pengaduk dari dasar tangki (ft)

Adapun data-data pengaduk standar sebagai berikut, (McCabe,dkk,1999)

 Da = 1/3 (Dt) = 1/3 (0,926225 ft) = 0,308741536 ft

 E = 1 (Da) = 0,308741536 ft

 L = ¼ (Da) = 0,25(0,308741536 ft) = 0,077185384 ft

Adapun data-data pengaduk jenis Flat six – blade turbine, sebagai berikut (Geankoplis,2003)

 W = 1/5 (Da) = 1/5 (0,308741536 ft) = 0,061748307 ft

 J = 1/12 (Dt) = 1/12 (0,926225 ft) = 0,077185384 ft Dimana:

W = Lebarblade(daun) pengaduk (ft) L = panjangblade(daun) pengaduk (ft)

n = 60 putaran per menit = 1 putaran per detik

(59)

=

= 180564,4427

 Bilangan daya (Np)

Untuk Nre = 180564,4427, Np = 4,5

 Daya pengaduk (P)

= ₂

= 139,867721 ft.lbf/det Dimana 1 hp = 550 ft.lbf/det Sehingga :

P = 139,867721 ft.lbf/det x

det

= 0,254304947 hp Efisiensi 80 % P =

8 . 0

7 0,25430494 hp

= 0,317881184 hp

Tabel LC.5 Analog perhitungan untuk tiap mixer sehingga diperoleh spesifikasi seperti pada tabel berikut:

Mixer F (kg/jam)

Volume

Pdesain (Psia)

(60)

LC-11 Dekanter (M-340)

Fungsi :Untuk memisahkan produk amida dari pengotornya Bentuk : silinder horizontal

Jenis :Horizontal continuous cleaning decanter centrifuge Bahan :Carbon steel,SA-285 Grade. C

Jumlah : 1 unit

Faktor kelonggaran (fk) = 20%

Komposisi umpan masuk Dekanter (M-340)

Komponen F(kg/jam)

Berat,xi %

ρ

(kg/m3) Μ (Cp) Q (m3/jam) ln Cp

ln Cp x % berat RBDPs 75.75757576 0.0158139 916.5 1.6786 0.082659657 0.5179601 0.008190953 Dietanolamida 1823.38297 0.3806186 990 311.6 1.84180098 5.7417203 2.185405303 Dietanolamin 28.54768578 0.0059591 1092.5 351 0.026130605 5.8607862 0.034925196 Dietil eter 2848.710819 0.5946486 713.4 0.214 3.993146648 -1.541779 -0.916816942 Gliserol 7.920849959 0.0016534 1254.95 0.55 0.006311686 -0.597837 -0.000988477 N.Metoksida 6.258315692 0.0013064 1100 0.71 0.005689378 -0.34249 -0.000447422

Total 4790.578216 1 - - 5.955738953 - 1.310268611

∑F = 4790,578216 kg/jam

∑Q = 5,955738953 m3/jam

∑ρ = _

     



(61)

= _

= 804,3633634 kg/m3x

kg/m

= 50,21464952 3 / ft lb

∑μ = exp (1,310268611) = 3,707169366 cP x

cP Lapisan bawah (A), terdiri dari :

Berat,xi Dietanolamin 2.854769 0.167593 1092.5 351 0.00261306

Gliserol 7.92085 0.465004 1254.95 0.55 0.00631169 N.Metoksida 6.258316 0.367403 1100 0.71 0.00568938

Total 17.03393 1 0.01461412

∑F = 17,03393 kg/jam

Lapisan atas (B), terdiri dari :

(62)

Dietil eter 2848.711 0.5967706 713.4 0.214 3.99314665

Total 4773.544 1 5.94112483

∑F = 4773,544 kg/jam Perhitungan waktu pemisahan :

Dimana :

t = waktu pisah (jam)

= 1,023782 jam = 61,42691 menit Desain tangki decanter a). Volume tangki

Volume cairan = _



Faktor kelonggaran 20 %, maka untuk isi penuh

Volume tangki = 



(63)

b). Diameter dan panjang shell

Volume shell tangki, Vs =   Volume tutup tangki, Ve = 



Volume tangki, V = Vs+2Ve

7,621721698 m3 = 2,616666667 Di3 Di = 1,428131598 m

= 56,22554 in R = 28,11277 in L = 4,284394794 m Diameter dan tinggi tutup

Diameter tutup = diameter tangki Rasio axis = 2 : 1

= 1,428131598 m

Tinggi tutup = 

= 0,3570329 m c). Tebal shell tangki

Tinggi cairan dlm tangki = _



= 1,142505279 m d). Tekanan desain (Pdesain)

= 

(64)

= 9006,096007Pa = 1,306223278 psia Poperasi = Po+ Phidrostatik

= (14,696 + 1,306223278) Psia = 16,00222328 psia

= (1 + 0,2) (16,00222328 psia) = 19,20266793 psia

1959)

P SE

PR 6 , 0

Dimana :

d =

_



_

_







13,750 0,85



 

0,6 19,20266793



0,125 (10 )

in 28,11277 psia

3 19,2026679

tahun tahun

in psia

psia 

 

   

d = 1,342470229 in

(65)

Tinggi zat cair berat (ZA1) = 

(1,142505279) = 1,138442855m

ZA1=

Maka ketinggian limpahan zat cair berat dari lantai tangki,

ZA2 = ZA1 _

= 1,138442855 



= 1,141243224 m

LC-12 Sentrifusi (F-310)

Fungsi :Untuk mendapatkan gliserol menuju ke tangki gliserol (F-320)

Jenis :tubular bowl centrifuge

Bahan :Carbon steel,SA-285 Grade. C

Jumlah : 1 unit

Tabel LC.8 Komposisi umpan masuk sentrifusi

Berat,xi RBDPs 75.75757576 0.0362067 916.5 0.08265966 Dietanolamida 1823.38297 0.8714465 990 1.84180098 Dietanolamin 28.54768578 0.0136438 1092.5 0.0261306

Gliserol 158.4169992 0.075712 1254.95 0.12623371 N.Metoksida 6.258315692 0.002991 1100 0.00568938

Total 2092.363546 1 - 2.08251433

∑F = 2092,363546 kg/jam

(66)

∑ρ = _

     



Q F

= _

  

 

jam / m 2,08251433

kg/jam 6

2092,36354 3

= 1004,729481 kg/m3

water sampel

densitas

Sg densitas sampel (laboratorium Operasi Teknik kimia,2010)

water campuran

densitas Sg _densitas campuran

kg/m 1

kg/m 1 1004,72948

3 3



= 1004,729481 kg/m3

Perhitungan,

Daya Sentrifusi (P) = 5,984 (10-10) Sg Q (N. rp)2 (Perry dan Green. 1999) Dimana,

Sg =specific gravitycampuran

Q = laju alir volumetrik campuran (m3/jam) N = laju putar rotor (rpm)

rp = radiusbucket(m) Dengan,

DiamaterBucket = 30 in

RadiusBucket(rp) = 15 in (0,3819 m) Laju putaran (N) = 600 rpm

Maka,

P = (5,984) (10-10)(1004,729481) (0,578476) [(1.200) (0,3819)]2 = 0,073044587 hp

Maka dipilih sentrifusi dengan daya ¼ hp.

LC-13 Ekstraktor

(67)

Jumlah : 1 unit

(68)

Perhitungan Ekstraktor (H-330)

Tabel LC.5 Komposisi umpan masuk ke Mixer (M-140)

Komponen F(kg/jam) Berat,xi %

ρ

(kg/m3) μ (Cp)

Q (m3/jam) Metanol 18.7749471 0.031502277 996.4 0.68 0.0188428 N. Metoksida 6.25831569 0.010500759 1100 0.71 0.0056894 Dietanolamin 570.953716 0.957996964 1092.5 351 0.5226121

Total 595.986978 1 - - 0.5471443

∑F = 595.986978 kg/jam

∑Q = 0.5471443 m3/jam

= 1089.268456 kg/m3x

kg/m

= 68.00065272 3 / ft lb

∑μ campuran = 270.1209311 cP = 0.181513162 lb/ ft.det Desain tangki,

Kebutuhan umpan = 595.986978 kg/jam  Volume bahan (Vc) = _ = 0.547144256 m3

 Volume tangki (VT)

(69)

b). Tinggi tangki (HT) dan tinggi cairan dalam tangki (HC)

Direncanakan :

VS =   Volume 2 head ellipsoidal (Vh)

Vh= )

= 0.794679329 m x m

= 31.28652517 in = 2.607184 ft  Jari–jari tangki (R)

(0.794679329 m)

= 0.397339664 m x m

(70)

Hs = 3 4

Dt

= 3 4

(0.794679329 m)

= 1.059572438 m x m

in 1

73 , 39

= 41.71536689 in

 Tinggi head ellipsoidal (Hh) = ₄

1 Dt

= 4 1

(0.794679329 m)

= 0.198669832 m x m

in 1

73 , 39

= 7.821631292 in

 Tinggi tangki (HT) HT = HS+ Hh

= (1.059572438 + 0.198669832) m = 1.25824227 m

= 49.53699819 in

 Tinggi cairan (Hc),

HC = T

T C

V H V .

=

m3 7 0.65657310

m 1.25824227 x

m3 6 0.54714425

= 1.048535225 m x m

in 1

73 , 39

= 41.28083182 in c). Tekanan desain (Pdesain)

(71)

= 

(1.048535225 m) = 11192.93619 Pa

= 1.623397506 psia Poperasi = Po+ Phidrostatik

= (14,696 + 1.623397506) Psia = 16.31939751 psia

= (1 + 0,2) (16.31939751 psia) = 19.58327701 psia

= 1.332558316 atm d). Tebal silinder tangki (d)

Dimana :

d =







d = 1.27623783 in

(72)

1959)

 Umur alat direncanakan (A) = 10 tahun dh =

P SE

PD_t 2 , 0

2  + (CA)--- (Timmerhaus, dkk. 2004) Dimana :















2 13,750 0,85



 

0,2 19.58327701



0,125 (10 )

in 7 31.2865251 psia

1 19.5832770

tahun tahun

in psia

psia

x 

 

   

d = 1.276215845 in

(73)

Data-data perencanaan ukuran pengaduk, (Geankoplis,2003) Jenis pengaduk = Flat six–blade turbine

Jumlahbuffle(R) = 4 Dimana:

Hc = tinggi cairan dalam tangki (ft) Da = diameter pengaduk (ft) Dt = diameter tangki (ft) J = lebarbuffle(ft)

E = tinggi daun pengaduk dari dasar tangki (ft)

Adapun data-data pengaduk standar sebagai berikut, (McCabe,dkk,1999)

 Da = 1/3 (Dt) = 1/3 (2.607184 ft) = 0.869061314 ft

 E = 1 (Da) = 0.869061314 ft

 L = ¼ (Da) = 0,25(0.869061314 ft) = 0.217265328 ft

Adapun data-data pengaduk jenis Flat six – blade turbine, sebagai berikut (Geankoplis,2003)

 W = 1/5 (Da) = 1/5 (0.869061314 ft) = 0.173812263 ft

 J = 1/12 (Dt) = 1/12 (2.607184 ft) = 0.217265328 ft Dimana:

W = Lebarblade(daun) pengaduk (ft) L = panjangblade(daun) pengaduk (ft)

n = 60 putaran per menit = 1 putaran per detik

(74)

=

= 490.5688137

 Bilangan daya (Np)

Untuk Nre = 490.5688137, Np = 4,5

 Daya pengaduk (P)

= ₂

= 149.3037577 ft.lbf/det Dimana 1 hp = 550 ft.lbf/det Sehingga :

P = 149.3037577 ft.lbf/det x

det

= 0.271461378 hp Efisiensi 80 % P =

8 . 0

8 0.27146137 hp

(75)

LC-12 Reaktor (R-210)

Fungsi :Tempat terjadinya reaksi antara RBDPs dan dietanolamin yang menghasilkan dietanolamida dan gliserol

Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutupEllipsoidal Bahan :Carbon steel,SA-285 Grade. C

Jumlah : 5 unit

Waktu tinggal : 5 jam

Tabel LC.9 Komposisi umpan masuk (R-210)

Komponen F(kg/jam) Berat,xi %

ρ

(kg/m3) μ (Cp)

Q

(m3/jam) ln Cp

ln Cp x % berat RBDPs 1515.151515 0.71769404 916.5 1.6786 1.6531931 0.517960113 0.371736886 Dietanolamin 570.9537156 0.27044825 1092.5 351 0.5226121 5.860786223 1.58503939 Methanol 18.77494708 0.00889328 996.4 0.68 0.0188428 -0.38566248 -0.003429805 N.Metoksida 6.258315692 0.00296443 1100 0.71 0.0056894 -0.34249031 -0.001015287

Total 2111.138494 1 - - 2.2003374 - 1.952331184

∑F = 2111,138494 kg/jam

(76)

∑ρ = _

= 959,4612605 kg/m3x

kg/m = 7,045091859 cP x

cP a). Perhitungan desain reactor

Volume reaktan,(Vo) = _

 Volume minimum reaktor,

Vm = Vox τ (Levenspiel, 2003)

= 2,200337398 m3/ jam x 5 jam = 11,00168699 m3

Ruang bebas direncanakan 20 % volume minimum reactor Volume reaktor,