Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Asam Fenil Asetat Dari Benzil Sianida Dan Asam Sulfat Dengan Kapasitas Produksi 1.000 Ton/Tahun

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Basis perhitungan = 1 jam operasi Satuan operasi = kg/jam Waktu operasi per tahun = 350 hari

Kapasitas produksi = 1.000 ton/tahun

Kapasitas per jam = 

  

      

      

 

ton kg jam

hari hari

tahun tahun

ton

1 1000 24

1 350

1 000

. 1

= 119,0476 kg.jam-1 Kemurnian produk : 99,7903 %

Tabel LA.1 Berat Molekul Senyawa-Senyawa Kimia

F = Laju alir massa (kg/jam)

W = Fraksi massa

N = Laju alir mol (kmol/jam)

X = Fraksi mol

No Senyawa Rumus molekul BM (kg.kmol-1)

1 Benzil Sianida C6H5CH2CN 117,15

2 Asam Sulfat H2SO4 98,08

3 Air H2O 18,02

4 Asam Fenil Asetat C6H5CH2COOH 136,15

(2)

Mix Point

 Benzil Sianida (C6H5CH2CN)

1 1

19

4

14 Neraca massa total : F1 + F15 + F20 = F4 Ftotal = Fbenzil + Fair = 143,7522 kg

F4benzil = 0,99 x 143,7522 kg = 142,3177 kg F19 = 24,9600 kg

F14 = 2,8706 kg F1 = F4– F19– F14

F1 = 142,3177 kg- 24,9600 kg – 2,8706 kg F1 = 114,4870 kg

 Air Proses

2 2

19

5

14 Neraca massa total : F2 + F14+ F19 = F5

Di dalam reaktor rasio massa C6H5CH2CN : H2O= 1 : 1,643 F5 = 1,643 x 143,7552 kg = 236,1898 kg

F14 = 213,8230 kg F19 = 12,2889 kg F2 = F5 - F14 + F19

(3)

 Asam Sulfat (H2SO4) 98%

5

14 3

Neraca massa total : F3+ F14 = F5

Di dalam reaktor rasio massa C6H5CH2CN : H2SO4 = 1 : 2,208 F5 = 2,208 x 143,7552 kg = 317,4115 kg

Ftotal = Fas.sulfat + Fair = 317,4115 kg F5sulfat = 0,98 x 317,4115 kg

F5sulfat = 311,4115 kg F14sulfat = 213,8230 kg F3 = F5 - F14

F3 = 311,4115 kg – 213,8230 kg F3 = 97,2402 kg

A.1 Mixer (M-01)

Tempat untuk mencampurkan asam sulfat 98% dan air

5

Air Asam Sulfat 98%

Asam Sulfat Air

2 3

M-01

Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya :

- variabel alur 5

- persamaan neraca TTSL (2 komponen) 2 - alur yang terspesifikasi 3

(4)

-5

Derajat kebebasan 0

Maka Neraca Massa pada Mixer (M-01)

Alur 2

Umpan masuk (F2) = 1,643 x F1 - Air (H2O)

F2H2O = 236,1898 kg

N2H2O = 236,1898 kg : 18,02 kg/kmol N2H2O = 13,1071kmol

Alur 3

Umpan masuk (F3) = 2,208 x F1 - Asam Sulfat (H2SO4) 98%

F3H2SO4 = 317,4115 kg x 98% F3H2SO4 = 311,0633 kg

N3H2SO4 = 311,0633 kg : 98,08 kg/kmol N3H2SO4 = 3,1715 kmol

- Air (H2O) 2 %

F3H2O = F3– F3H2SO4

F3H2O = 317,4115 kg – 311,0633 kg

F3H2O = 6,3482 kg

N3H2O = 6,3482 kg: 18,02 kg/kmol

N3H2O = 0,3523 kmol

Alur 5

- Asam Sulfat (H2SO4) F5H2SO4 = F3H2SO4

(5)

- Air (H2O)

F5H2O = F2 + F3H2O

F5H2O = 236,1898 kg + 6,3482 kg

F5H2O = 242,5380 kg

N5H2O = 242,5380 kg : 18,02 kg/kmol

N5H2O =13,4594 kmol

Tabel LA.2 Neraca Massa Mixer -01 (M-01)

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

Alur 2 Alur 3 Alur 5

Asam Sulfat 311,0633 311,0633

Air 236,1898 6,3482 242,5380

Sub Total 236,1898 317,4115 553,6013

Total 553,6013 553,6013

A.2 Reaktor (R-01)

Tempat untuk mereaksikan benzil sianida 99%, asam sulfat 98% dan air dengan perbandingan massa asam benzil sianida : asam sulfat : air = 1 : 2,208 : 1,643 untuk menghasilkan asam fenil asetat pada suhu 90oC selama 3 jam dan koversi reaksi sebesar 80% terhadap benzil sianida (Kamm dan Matthews., 1922), dengan persamaan reaksi :

4

6

Benzyl Sianida

Asam Sulfat 19,0701%

Benzil Sianida Asam Sulfat Air

Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat

5

R-01

4 4 2

5 6 4 2 2

2 5

6H CH CN 2H O H SO C H CH COOH NH HSO

(6)

- variabel alur 9

- hubungan pembantu 2

-9

Derajat kebebasan 0

Maka Neraca Massa pada Reaktor (R-01)

Alur 4

Umpan masuk (F4) = 143,7552 kg - Benzil Sianida (C6H5CH2CN)

F4C6H5CH2CN = 143,7522 kg x 0,99 = 142,3177 kg

N4C6H5CH2CN = 142,3177 kg : 117,15 kg/kmol =1,2148 kmol

- Air (H2O) 1 %

F4H2O = F4– F4C6H5CH2CN

F4H2O = 143,7552 kg – 142,3177 kg

F4H2O = 1,4376 kg

N4H2O = 1,4376 kg: 18,02 kg/kmol

N4H2O = 0,0798 kmol

Alur 5

- Asam Sulfat (H2SO4)

F5H2SO4 = 311,0633 kg

(7)

- Air (H2O)

F5H2O = 242,5380 kg

N5H2O = 242,5380 kg : 18,02 kg/kmol

N5H2O =13,4594 kmol

Alur 6

9719 , 0 1

2148 , 1 8 , 0 .

2 5 6

 

  

 X N x

r

CN CH H C

CN CH H C in

 kmol

Neraca massa masing-masing komponen :

- Benzil Sianida (C6H5CH2CN)

N6C6H5CH2CN = N4C6H5CH2CN - r

N6C6H5CH2CN = 1,2148 kmol – 0,9719 kmol = 0,2430 kmol

F6C6H5CH2CN = 0,2430 kmol x 117,15 kg/kmol F6C6H5CH2CN = 28,4635 kg

- Air (H2O)

N6H2O = (N4H2O + N5H2O) –2 r

N6H2O = (0,0798 + 13,4594) –2 x 0,9719 N6H2O = 11,5954 kmol

F6H2O = 11,5954 kmol x 18,02 kg/kmol F6H2O = 208,9495 kg

N6H2SO4 = N5H2SO4– r

N6H2SO4 = 3,1715 kmol– 0,9719 kmol N6H2SO4 = 2,1997 kmol

(8)

- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH) N6C6H5CH2COOH = NinC6H5CH2COOH + r N6C6H5CH2COOH = 0 +0,9719 kmol N6C6H5CH2COOH = 0,9719 kmol

F6C6H5CH2COOH = 0,9719 kmol x 136,15 kg/mol F6C6H5CH2COOH = 132,3196 kg

- Ammonium Bisulfat (NH4HSO4) N6NH4HSO4 = Nin NH4HSO4 + r N6NH4HSO4 = 0 +0,9719 kmol N6NH4HSO4 = 0,9719 kmol

F6NH4HSO4 = 0,9719 kmol x 115,11 kg/mol F6NH4HSO4 = 111,8715 kg

Tabel LA.3 Neraca Massa Reaktor -01 (R-01)

Alur 4 Alur 5 Alur 6

Benzil Sianida 142,3177 28,4635

Asam Sulfat 311,0633 215,7426

Air 1,4367 242,5380 208,9495

Asam Fenil Asetat 132,3196

Ammonium Bisulfat 111,8715

Sub Total 143,7552 317,4115 697,3468

Total 697,3565 697,3468

A.3 Washing (W-01)

(9)

7

8

9

Air

W-01

- variabel alur 11

-11

Derajat kebebasan 0

Maka Neraca Massa pada Washing (W-01)

Alur 7

- Benzil Sianida (C6H5CH2CN) F7C6H5CH2CN = 28,4635 kg

N7C6H5CH2CN = 28,4635 kg: 117,15 kg/kmol N7C6H5CH2CN = 0,2430 kmol

- Air (H2O)

F7H2O = 208,9495 kg

(10)

F7H2SO4 = 215,7426 kg

- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH) F7C6H5CH2COOH = 132,3196 kg

N7C6H5CH2COOH = 132,3196 kg : 136,15 kg/mol N7C6H5CH2COOH = 0,9719 kmol

- Ammonium Bisulfat (NH4HSO4) F7NH4HSO4 = 111,8715 kg

N7NH4HSO4 = 111,8715 kg : 115,11 kg/mol N7NH4HSO4 = 0,9719 kmol

F7 = F7C6H5CH2CN + F7H2O + F7H2SO4 + F7C6H5CH2COOH + F7NH4HSO4 F7 = 697,3468 kg

Alur 8

Perbandingan air dengan hasil keluaran reaktor pada alur 7 adalah 1 : 1,6978 Air pencuci dibutuhkan (F8) = F 697,3468kg

6978 , 1

1 6978

, 1

1 ₇

 



F8 = 410,7355 kg

N8H2O = 410,7355 kg: 18,02 kg/kmol N8H2O = 22,7933 kmol

Alur 9

- Benzil Sianida

(11)

F9C6H5CH2CN = 28,4635 kg

N9C6H5CH2CN = 28,4635 kg : 117,15 kg/kmol N9C6H5CH2CN = 0,2430 kmol

- Asam Sulfat

F9H2SO4 = F7H2SO4 F9H2SO4 = 215,7426 kg

- Air

F9H2O = F7H2O + F8H2O

F9H2O = 208,9495 kg + 410,7355 kg = 619,6851 kg

N9H2O = 619,6851 kg : 18,02 kg/kmol N9H2O = 34,3887 kmol

- Asam Fenil Asetat

F9C6H5CH2COOH = F7C6H5CH2COOH F9C6H5CH2COOH = 132,3196 kg

- Ammonium Bisulfat

F9NH4HSO4 = F7NH4HSO4 F9NH4HSO4 = 111,8715 kg

(12)

N9NH4HSO4 = 0,9719 kmol

Tabel LA.4 Neraca Massa Washing -01 (W-01)

Alur 7 Alur 8 Alur 9

28,4635 215,7426 208,9495 132,3196 111,8715

410,7355

28,4635 215,7426 619,6851 132,3196 111,8715

Sub Total 697,3468 410,7355 1.108,0823

Total 1.108,0823 1.108,0823

A.4 Filter Press (F-01)

Selanjutnya, untuk memisahkan endapan garam ammonium bisulfat yang terbentuk dilakukan melalui proses penyaringan dengan menggunakan filter. Filter yang digunakan adalah Horizontal Belt Filter. Kelembaban cake (endapan) akhir yang diperoleh dari hasil penyaringan adalah 7 % (Walas, dkk., 1988). Diasumsikan konsentrasi semua cake tersaring. Selanjutnya endapan ammonium bisulfat yang terbentuk kemudian disimpan di dalam gudang penyimpanan G-01 setelah didinginkan pada temperatur 30oC pada alur 12. Sementara itu campuran yang keluar dari filter akan diteruskan ke dalam dekanter untuk proses pemisahan lebih lanjut.

9

11

10

Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat Benzil Sianida

Asam Sulfat Air

Asam Fenil Asetat

(13)

- variabel alur 14

-14

Derajat kebebasan 0

Maka Neraca Massa pada filter (F-01)

Alur-9

- Benzil Sianida

F9C6H5CH2CN = 28,4635 kg

- Asam Sulfat

F9H2SO4 = 215,7426 kg

- Air

F9H2O = 619,6851 kg

- Asam Fenil Asetat

(14)

- Ammonium Bisulfat

F9NH4HSO4 = 111,8715 kg

Alur-11

- Ammonium Bisulfat

F11NH4HSO4 = F9NH4HSO4 F11NH4HSO4 = 111,8715 kg

Karena kelembaban akhir endapan (cake) adalah 7 % dari total berat keseluruhan cake, maka diasumsikan bahwasanya ada cairan yang terdiri dari benzil sianida, asam sulfat, asam fenil asetat dan air yang tertinggal pada cake dengan konsentrasi yang sama dengan alur 9. Banyaknya cairan yang tertinggal dapat dihitung dengan :

0,07 =

8715 , 111 

x x

7,83 = 0,93 x berat cairan

Berat cairan = 8,4204 kg/jam

(15)

Tabel LA.5 Komposisi cairan di alur 9 tanpa kristal

Komponen Berat (kg.jam-1) Fraksi massa (w) Benzil Sianida

Asam Sulfat

28,4635 215,7426

0,0286 0,2166

Air 619,6851 0,6220

Asam Fenil Asetat 132,3196 0,1328

Total 996,2108 1,0000

Dengan demikian, komposisi cairan yang tertinggal di alur 11 dapat dihitung. - Benzil Sianida

F11C6H5CH2CN = 0,0286 x 8,4204 kg F11C6H5CH2CN = 0,2406 kg

- Asam Sulfat

F11H2SO4 = 0,2166 x 8,4204 kg F11H2SO4 = 1,8326 kg

- Air

F11H2O = 0,6220 x 8,4204 kg F11H2O = 5,2379 kg

- Asam Fenil Asetat

F11C6H5CH2COOH = 0,1328 x 8,4204 kg F11C6H5CH2COOH = 1,1184 kg

(16)

N11C6H5CH2COOH = 0,0082 kmol

Alur-10

- Benzil Sianida

F10C6H5CH2CN = F9C6H5CH2CN - F11C6H5CH2CN F10C6H5CH2CN = 28,4635 kg – 0,2406 kg F10C6H5CH2CN = 28,2229 kg

- Asam Sulfat

F10H2SO4 = F9H2SO4– F11H2SO4 F10H2SO4 = 215,7426 kg – 1,8236 kg F10H2SO4 = 213,9191 kg

N10H2SO4 = 213,9191 kg: 98,08 kg/kmol N10H2SO4 = 2,1811 kmol

- Air

F10H2O = F9H2O– F11H2O

F10H2O = 619,6851 kg – 5,2379 kg F10H2O = 614,4472 kg

- Asam Fenil Asetat

F10C6H5CH2COOH = F9C6H5CH2COOH– F11C6H5CH2COOH F10C6H5CH2COOH = 132,3196 kg – 1,1184 kg F10C6H5CH2COOH = 131,2012 kg

(17)

N10C6H5CH2COOH = 0,9637 kmol

Tabel LA.6 Neraca Massa Filter -01 (F-01)

Alur 9 Alur 10 Alur 11

28,4635 215,7426 619,6851 132,3196 111,8715

28,2229 213,9191 614,4472 131,2012 0,0000

0,2406 1,8236 5,2379 1,1184 111,8715

Sub Total 1.108,0823 987,7904 120,2920

Total 1.108,0823 1.108,0823

A.5 Dekanter (D-01)

Tempat untuk memurnikan produk dengan cara memisahkan asam sulfat dari campuran produk alur 10 berdasarkan perbedaan massa jenis dengan efisiensi 98% terhadap air. Sehingga masih terdapat kandungan air sebesar 2 % yang terikut pada produk alur 13. Dan keluaran dari heavy phase dekanter kemudian dialirkan ke pengolahan limbah.

D-01

10

13

14

Asam Fenil Asetat

Air

Benzil Sianida Asam Fenil Asetat

Air

Asam Sulfat Benzil Sianida Asam Fenil Asetat

- variabel alur 11

(18)

Derajat kebebasan 0 Maka Neraca Massa pada dekanter (D-01) :

Tabel LA.7 Kelarutan Dalam Air

Komponen Kelarutan /100 gr H2O

Benzil Sianida 0.5000

Asam Sulfat Infinity

Air -

Asam Fenil Asetat 1,6600 (Tabel 2-122 Perry, 1997 )

Alur-14

- Asam Sulfat

F14H2SO4 = F10H2SO4 F14H2SO4 = 213,9191 kg

N14H2SO4 = 213,9191 kg: 98,08 kg/kmol N14H2SO4 = 2,1811 kmol

- Air

F14H2O = 98% x F10H2O F14H2O = 0,98 x 614,4472 kg F14H2O = 602,1582 kg

N14H2O = 602,1582 kg : 18,02 kg/kmol N14H2O = 33,4161 kmol

- Benzil Sianida

F14C6H5CH2CN = 0.5000 x 602,1582 kg /100 F14C6H5CH2CN = 3,0108 kg

(19)

- Asam Fenil Asetat

F14C6H5CH2COOH = 1,6600 x 602,1582 kg /100 F14C6H5CH2COOH = 9,9958 kg

N14C6H5CH2COOH = 9,9958 kg: 136,15 kg/mol N14C6H5CH2COOH = 0,0734kmol

Alur-13 - Air

F13H2O = F10H2O– F14H2O

F13H2O = 614,4472 kg – 602,1582 kg F13H2O = 12,2889 kg

- Benzil Sianida

- Asam Fenil Asetat

F13C6H5CH2COOH = F10C6H5CH2COOH - F14C6H5CH2COOH F13C6H5CH2COOH = 131,2012 kg - 9,9958 kg

F13C6H5CH2COOH = 121,2053 kg

(20)

Tabel LA.8 Neraca Massa Dekanter -01 (D-01)

Alur 10 Alur 13 Alur 14

Asam Fenil Asetat

28,2229 213,9191 614,4472 131,2012

25,2122 0,0000 12,2889 121,2053

3,0108 213,9191 602,1582 9,9958

Sub Total 987,7904 158,7064 829,0839

Total 987,7904 987,7904

A.6 Menara Destilasi (MD-01)

Tempat untuk memurnikan asam fenil asetat menjadi 99,76% dengan cara memisahkannya dari air dan benzil sianida. Prinsip peristiwa perpindahan :

Perbedaan komposisi fasa cair dan fasa uap setiap zat dalam campuran pada saat kesetimbangan atau perbedaan titik didih (boiling point)/tekanan uap (vapor pressure) setiap zat dalam campuran pada kondisi operasi alat (Walas, 1988). Perpindahan yang terjadi saat campuran mencapai kesetimbangan, zat dengan komposisi fasa cair yang lebih banyak akan berada pada bagian bottom sedangkan zat dengan komposisi fasa uap yang lebih banyak akan berada di bagian atas (menguap) (Geankoplis, 1977).

Dimana :

Titik didih senyawa pada keadaan tekanan 1 atm (101, 325 kPa ; 760 mmHg) Benzil Sianida (C6H5CH2CN) : 234oC

Air (H2O) : 100oC

(21)

H2O

C6H5CH2CN C6H5CH2COOH H2O

C6H5CH2CN C6H5CH2COOH

C6H5CH2CN C6H5CH2COOH Analisa derajat kebebasan adalah :

Banyaknya :

- variabel alur 8

-8

Derajat kebebasan 0

Maka neraca massa pada destilasi (MD-01)

Penentuan Titik Didih Umpan

Titik didih umpan masuk ke kolom destilasi Trial T = 196,85oC = 470 K

Asumsi : Tekanan (P) = 1 atm = 101,325 kPa

Tekanan uap masing – masing komponen, dapat dihitung dengan persamaan Antoine F (Perry, 1997)

o ₊_DlnT₊_ET

C + T

B + A = (kPa) P

ln

18

(22)

Keterangan :

Po = tekanan uap murni komponen (kPa) A,B,C,D,E = konstanta Antoine

T = temperatur (K)

Tabel LA.9 Konstanta Antoine Komponen

Komponen Konstanta Antoine

A B C D E F

Benzil Sianida Air

Asam Fenil Asetat

65,93 (Perry, 1997 dan Software Chemcad)

Diasumsikan cairan ideal, sehingga mengikuti hukum Roult Dalton (Smith, 2001)

Ditrial T sehingga ∑yi = 1

Tabel LA.10 Trial Titik Didih Umpan Kolom Destilasi

Komponen Fi,

Penentuan titik embun dan titik gelembung bottom

Trial I : Asumsi :

 Tidak ada air dalam bottom

(23)

 Diinginkan 99% asam fenil asetat dipulihkan di bottom

Tabel LA.11 Laju Alir Setiap Alur

Komponen

Umpan Destilat Bottom

kg/jam kmol/ jam

H2O _12,2889 _0,6820 _12,2889 _0,6820 _0,0000 _0,000

C6H5CH2CN _25,2122 _0,2152 _24,9600 _0,2131 _0,2521 _0,0022 C6H5CH2COOH 121,2053 0,8902 1,2121 0,0089 119,9933 0,8813

∑ 158,7064 1,7874 38,4610 0,9039 120,2454 0,8835

Penentuan Titik Embun Destilat dan Titik Gelembung Bottom  Penentuan titik embun destilat

T = 183,83oC = 456,98 K

Asumsi : Tekanan (P) = 0,9 atm = 91,1925 kPa

Tabel LA.12 Trial Titik Embun Destilat Kolom Destilasi

Harga Kc perhitungan ≈ harga Kc pada 183,83oC (dew point)

 Penentuan titik gelembung bottom (bubble point) T = 267,85oC = 541 K

Asumsi : Tekanan (P) = 1,1 atm = 111,4575 kPa

Tabel LA.13 Trial Titik Gelembung Bottom Kolom Destilasi

Kc = 1/∑αxi = 1/1,0018 = 0,9982

Komponen Di,

kmol/jam Yi

ln Pio

Pio K=Pio/Pt Α yi/α xi

H2O

C6H5CH2CN

0,6820 0,2131

0,7544 0,2357

6,98 3,17

1070,2906 23,7677

11,7366 0,2606

82,0997 1,8232

0,0092 0,1293

0,0620

LK 0,8716

HK C6H5CH2COOH 0,0089 0,0098 2,57 13,0365 0,1430 1,0000 0,0098 0,0664

0,9039 1,0000 0,1483 1,0000

Komponen

Bi, kmol/

Jam

xi ln Pio Pio

K=Pio/

Pt αixi Α yi

LK C6H5CH2CN 0,0022 0,0024 5,2683 194,0951 1,7414 0,0042 1,7418 0,0042

HK C6H5CH2COOH 0,8813 0,9976 4,7134 111,4313 0,9998 0,9976 1,0000 0,9958

(24)

Harga Kc perhitungan ≈ harga Kc pada 267,85oC (bubble point)

Cek Pemilihan LK dan HK

Dicek apakah komponen terdistribusi atau tidak dengan persamaan Shiras (Walas, 1988)

Dengan :

DK = nilai yang menunjukkan komponen terdistribusi atau tidak αi = relative volatility komponen i terhadap komponen heavy key

αlk = relative volatility komponen light key terhadap komponen heavy key

XlkD = fraksi mol komponen light key di distilat XlkF = fraksi mol komponen light key di umpan D = jumlah distilat, kmol/jam

F = jumlah umpan, kmol/jam

XhkD = fraksi mol komponen heavy key di distilat XhkF = fraksi mol komponen heavy key di umpan Ki = koefisien aktivitas komponen i

Khk = koefisien aktivitas komponen heavy key

engan batasan DK untuk komponen terdistribusi adalah 0,01 < DK < 0,99 dan tidak terdistribusi apabila DK < -0,01 atau DK > 1,01

XlkD. D = 0,2131 ZlkF. F = 0,2152 XhkD. D = 0,0089 ZhkF. F = 0,8902

Tabel LA.14 Cek Pemilihan LK dan HK

Komponen Zi αD αB Αavg F1 F2 DK

H2O 0,3815 82,0997 0,0000 41,0499 50,6698 -0,5018 50,1680 C6H5CH2CN 0,1204 1,8232 1,7418 1,7825 0,9900 0,0000 0,9900 C6H5CH2COOH 0,4981 1,0000 1,0000 1,0000 0,0000 0,0100 0,0100 Dari hasil perhitungan di atas, pemilihan light key dan heavy key sudah benar

2 1

lk i lk

lk

i _.

1 -α

-α .

1 -α

F F

F Z

D X F

Z D X DK

hkF hkD lkF

lkD

 



(25)

A.7 Kondensor (CD-01)

Untuk menurunkan temperatur destilat yang berasal dari kolom destilasi serta mengubah fasanya menjadi cair.

CD-01

16

18 17

- variabel alur 9

-9

Derajat kebebasan 0

Maka neraca massa pada kondensor (CD-01)

Mengitung laju refluks destilat (R) :

Laju refluks destilat dihitung menggunakan metode Underwood :

(Geankoplis, 1997)

Karena umpan dimasukkan di kondensor adalah zat cair jenuh, maka q = 1 sehingga

Dengan cara trial dan eror didapat θ Trial θ = 1,4649

∑

=

1 -

q

θ

-α

X

α

i F i i

∑

=

Rm

+

1 θ

-α

X

α

i D i i

∑

0

-X

i

i _

(26)

Tabel LA.15 Omega Poin Destilasi

Komponen XiF Αi XiD

H2O 0,3815 41,0499 0,3957 0,7544 0,7824

C6H5CH2CN 0,1204 1,7825 0,6758 0,2357 1,3229 C6H5CH2COOH 0,4981 1,0000 -1,0713 0,0098 -0,0212

Total 1,0000 0,0001≈ 0 1,0000 2,1052

Maka: Rm + 1 = 2,1052 Rm = 1,1052

RD = 1,5 x Rm (Geankoplis, 1997) RD = 1,5 x 1,1052 = 1,6578

Refluks Destilat :

LD = RD x D (McCabe, 1999)

LD = 1,6578 x 0,9039 kmol/jam LD = 1,4985 kmol/jam

VD = LD + D

VD = 1,4985 kmol/jam + 0,9039 kmol/jam VD = 2,4024 kmol/jam

Komposisi komponen keluar kondensor sebagai destilat : Alur 18 (D)

Tabel LA.16 Komposisi Komponen Destilat

Komponen BM kmol/jam fr mol

H2O 18,02 0,6820 0,7544

C6H5CH2CN 117,15 0,2131 0,2357 C6H5CH2COOH 136,15 0,0089 0,0098

∑ 0,9039 1,0000

Komposisi :

H2O : X18H2O = XVdH2O = XLdH2O = 0,7544 C6H5CH2CN : X18C6H5CH2CN = XVdC6H5CH2CN = XLdC6H5CH2CN = 0,2357 C6H5CH2COOH : X18C6H5CH2COOH = XVdC6H5CH2COOH = XLdC6H5CH2COOH = 0,0098

∑

-X

i i   i _F

∑

-X

(27)

Alur 16 (VD)

Total : N16 = N17 + N18 = 2,4024 kmol/jam

N16H2O = 0,7544 x 2,4024 kmol/jam = 1,8125 kmol/jam

N16C6H5CH2CN = 0,2357 x 2,4024 kmol/jam = 0,5663 kmol/jam

N16C6H5CH2COOH = 0,0098 x 2,4024 kmol/jam = 0,0237 kmol/jam

Alur 17 (LD)

Total : N17 = N16– N18 = 1,4985 kmol/jam

N17H2O = 0,7544 x 1,4985 kmol/jam = 1,1306 kmol/jam

Tabel LA.17 Neraca Massa Kondensor (CD-01)

Komponen

VD LD D

kg/jam kmol/

jam kg/jam

kmol/

jam kg/jam

kmol/ jam

H2O 32,6616 1,8125 20,3726 1,1306 12,2889 0,6820

C6H5CH2CN 66,3388 0,5663 41,3787 0,3532 24,9600 0,2131 C6H5CH2COOH 3,2214 0,0237 2,0093 0,0148 1,2121 0,0089

∑ 102,2217 2,4024 63,7607 1,4985 38,6410 0,9039

A.8 Reboiler (RB-01)

Untuk menaikkan temperatur campuran sampai ke titik didihnya sebelum dimasukkan ke kolom destilasi.

21

22

(28)

- variabel alur 6

-6

Derajat kebebasan 0

Maka neraca massa pada reboiler (RB-01) :

Berdasarkan Geankoplis (1997), untuk kondisi umpan masuk dalam keadaan bubble point (cair jenuh) sehingga q = 1

VD = VB + (1-q) F

VD = VB = 2,4024 kmol/jam LB = VB + B

LB = 2,4024 kmol/jam + 0,8835 kmol/jam LB = 3,2859 kmol/jam

Alur 22 (B)

Tabel LA.18 Komposisi Komponen Bottom

Komponen BM kmol/jam fr mol

C6H5CH2CN 117,15 0,0022 0,0024 C6H5CH2COOH 136,15 0,8813 0,9976

∑ 0,8835 1,0000

Komposisi :

C6H5CH2CN : X22C6H5CH2CN = XVbC6H5CH2CN = XLbC6H5CH2CN = 0,0024 C6H5CH2COOH : X22C6H5CH2COOH = XVbC6H5CH2COOH = XLbC6H5CH2COOH = 0,9976

Alur 20 (LB)

Total : N20 = N21 + N22 = 3,2859 kmol/jam

(29)

= 0,9377 kg/jam Alur 21 (VB)

Total : N21 = N20– N22 = 2,4024 kmol/jam

Tabel LA.19 Neraca Massa Reboiler (RB-01)

Komponen

LB VB B

kg/jam kmol/

jam kg/jam

kmol/

jam kg/jam

kmol/ jam C6H5CH2CN 0,9377 0,0080 0,6856 0,0059 0,2521 0,0022 C6H5CH2COOH 446,2900 3,2779 326,2967 2,3966 119,9933 0,8813

∑ 447,2277 3,2859 326,9823 2,4024 120,2454 0,8835

A.9 Prilling Tower (PT-01)

Untuk mengkristalkan asam fenil asetat sebanyak 120,2454 kg/jam yang keluar dari menara destilasi pada bottom produk. Menara dengan aliran udara dingin dari bawah.

PT-01 23

25

Udara Basah

Udara Kering Pendingin

(30)

-4

Derajat kebebasan 0

Maka neraca massa pada prilling tower (PT-01)

Asumsi efisiensi pembentukan butiran terbentuk, artinya semua alur 25 akan membentuk butiran asam fenil asetat

Neraca Massa : F23 = F25

Tabel LA.20 Neraca Massa Prilling Tower (PT-01)

Alur 23 Alur 25

C6H5CH2CN 0,2521 0,2521

C6H5CH2COOH 119,9933 119,9933

∑ 120,2454 120,2454

A.10 Ball Mill (BM-01)

Untuk memperkecil ukuran kristal yang terbentuk sebelum dilakukan pengayakan.

27 BM-01

25

- variabel alur 4

(31)

-4

Derajat kebebasan 0

Maka neraca massa pada ball mill (BM-01) Neraca Massa : F25 = F27

Tabel LA.21 Neraca Massa Ball Mill (BM-01)

Alur 25 Alur 27

C6H5CH2CN 0,2521 0,2521

C6H5CH2COOH 119,9933 119,9933

∑ 120,2454 120,2454

A.11 Screening (SC-01)

Untuk menghasilkan ukuran produk yang seragam. Ukuran asam fenil asetat yang dijual di pasaran berkisar 0,5 mm.

28

27 29

- variabel alur 6

-6

Derajat kebebasan 0

Maka neraca massa pada screening (SC-01) Neraca Massa : F27 = F28 + F29

(32)

Alur 28

- Benzil Sianida

F28C6H5CH2CN = 0.99 x 0,2521 kg F28C6H5CH2CN = 0,2496 kg

- Asam Fenil Asetat

F28C6H5CH2COOH = 0,99 x 119,9933 kg F28C6H5CH2COOH = 118,7933 kg

N28C6H5CH2COOH = 118,7933 kg: 136,15 kg/mol N28C6H5CH2COOH = 0,8725 kmol

Alur 29

- Benzil Sianida

- Asam Fenil Asetat

F29C6H5CH2COOH = F27C6H5CH2COOH– F28C6H5CH2COOH F29C6H5CH2COOH = 119,9933 kg – 118,7933 kg

F29C6H5CH2COOH = 1,1999 kg

(33)

Tabel LA.22 Neraca Massa Screening (SC-01)

Alur 27 Alur 28 Alur 29

C6H5CH2CN 0,2521 0,2496 0,0025

C6H5CH2COOH 119,9933 118,7933 1,1999

Sub Total 120,2454 119,0429 1,2025

(34)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Basis perhitungan = 1 jam

Satuan panas = kJ (kiloJoule) Temperatur referensi = 25oC (298,15 K)

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

(Smith, 2005) - Perhitungan panas penguapan

(Smith, 2005) Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) :

Cp = a + bT + cT2 + dT3

Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :

) (

4 ) (

3 ) (

2 )

( ₁ ₂2 ₁2 ₂3 ₁3 ₂4 ₁4

2

1 2 T T

d T T c T T b T T a CpdT

T

T        



Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa yang digunakan adalah :



2 



 



1 1

2 T

T

Tb T

T

Tb CpvdT

Hvl CpldT

CpdT

Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :

in T

T

T T

out N CpdT

CpdT N

T Hr r dt dQ







 

 2

1

2

1

) (

B.1 Data Perhitungan Cp

(35)

Tabel LB.1 Nilai ΔE untuk estimasi Cps

Elemen Atom E

C 10,89

H 7,56

O 13,42

N 18,74

S 12,36

(Perry, dkk. 1999) Cp =





 

n

i

Ei Ni

1

Hasil estimasi harga Cps,

 Cps (NH4)HSO4 = (N)+(5 x H) + (S) +(4 x O)

= (18,74) + (5 x 7,56) + (12,36) + (4 x 13,42) = 122,58 kJ/kmol K

 Cps C6H5CH2COOH = (8 x C) +(8 x H) +(2 x O)

= (8 x 10,89) + (8 x 7,56) + (2 x 13,42) = 174,44 kJ/kmol K

 Cps C6H5CH2CN = (8 x C) + (7 x H) + N

= (8 x 10,89) + (7 x 7,56) + (18,74) = 158,78 kJ/kmol K

Perhitungan estimasi Cpl (kal/moloC) menggunakan metode Chueh dan Swanson, dimana kontribusi gugus dan persamaan yang digunakan dapat dilihat sebagai berikut,

Tabel LB.2 Nilai ΔE untuk estimasi Cpl

Elemen Atom E

-CH= 5,30

>C= 2,90

-CH2 6,20

-COOH- 19,10

-CN 13,60

(36)

Cp =





 

n

i

Ei Ni

1

Hasil estimasi harga Cpl,

 Cpl C6H5CH2COOH = (5 x -CH=) +(1 x >C=) +(1 x -CH2) + (1 x -COOH-) = (5 x 5,30) + (2,90) + (6,20) + (19,10)

= 54,7 kal/moloC = 228,8648 kJ/kmol K

 Cpl C6H5CH2CN = (5 x -CH=) +(1 x >C=) +(1 x -CH2) + (1 x –CN) = (5 x 5,30) + (2,90) + (6,20) + (13,60)

= 49,2 kal/moloC = 205,8528 kJ/kmol K

Tabel LB.3 Nilai konstanta a, b, c dan d untuk perhitungan Cp cair (kJ/kmol K)

Komponen A B c D

Air 1,82964E+01 4,72118E-01 -1,33878D-03 1,31424E-06 (Reklaitis, 1983)

 Cpl H2SO4 = 138,900 kJ/kmol K ( CRC PRESS LLC, 2000)

Tabel LB.4 Nilai konstanta a, b, c dan d untuk perhitungan Cp gas (kJ/kmol K)

Komponen A B c D

Air 3,40471E+01 -9,65064E-03 3,29983E-05 -2,04467E-08 (Reklaitis, 1983)

Tabel LB.5 Kapasitas Panas Udara

Komponen Suhu (oC) Suhu (K) Cp(kJ/kg K)

Udara

10,0 283,2 1,0048

37,8 311,0 1,0048

65,6 338,8 1,0090

(Geankoplis, 2003)

B.2 Data Panas Pembentukan Standar (ΔHof 298,15) Tabel LB.6 Data Panas Pembentukan Standar

Komponen ΔHof Satuan

Air -285.800 kJ/kmol

Ammonium Bisulfat -1.027.000 kJ/kmol

Asam Sulfat -814.000 kJ/kmol

Benzil Sianida 86.600 kJ/kmol

Asam Fenil Asetat -343.500 kJ/kmol

(37)

B.3 Data Panas Perubahan Fasa Komponen (ΔHvl)

Tabel LB.7 Laten Heat of vaporization pada 298, 15K (25oC)

Komponen _{Hv (kJ/kmol)} Tc (K) Tb (K)

Air

Benzil Sianida Asam Fenil Asetat

40.656,2000 38.290,4775 57.026,0000

647,0960 738,5547 693,0000

373,15 507,15 538,65 (Sumber: Geankoplis, 2003, Reklaitis, 1983 dan Perry, dkk. 1999)

Estimasi heat of vaporizationpada suhu tertentu menggunakan korelasi Watson’s

Dimana :

Tc = temperatur kritis (K) Tb = normal boiling point

Tabel LB.8 Data Steam dan Air Pendingin yang Digunakan

T (oC) H (kJ/kmol K) λ (kJ/kg) P (kPa) Air

Saturated steam

27 40 200 300

149,8115 1.125,7906

- -

- - 1.940,75

1.405

101,325 101,325 1.553,8 8.581 (Sumber: Geankoplis, 2003)

Tabel LB.9 Kapasitas Panas H2SO4 Beradasarkan % Mol pada 20oC

% Mol H2SO4 Cp Satuan

5,16 0,9549 kal/goC

9,82 0,9177 kal/goC

15,36 0,8767 kal/goC

21,40 0,8339 kal/goC

(38)

B.4 Heater Umpan Benzil Sianida

Pada heater (HE-01), sebelum masuk ke umpan reaktor terlebih dahulu benzil sianida dipanaskan hingga mencapai temperatur 90oC. Tujuan perhitungan neraca panas ini untuk mengetahui jumlah steam yang diperlukan.

1 4

Steam 200o

C,

Kondensat 200o

C

Benzil Sianida 27o

C

HE-01

Benzil Sianida 90o

C

Tabel LB.10 Neraca Panas Masuk Heater-01

Senyawa N

1

in



15 , 300

15 ,

298 CpdT (kJ/kmol) Q (kJ/jam)

Benzil Sianida 1,2148 457,7296 556,0499

Air 0,0798 149,8115 11,9550

Total Panas Masuk 568,0049

Tabel LB.11 Neraca Panas Keluar Heater-01

Senyawa N

4

out



15 , 363

15 ,

Benzil Sianida 1,2148 13.380,4320 16.254,5488

Air 0,0798 4.909,5336 391,7808

Total Panas Keluar 16.646,3296

Maka steam yang dibutuhkan :

dt dQ

= QoutQin

= 16.646,3296 kJ/jam – 568,0049 kmol/jam = 16.078,3247 kJ/jam

m =



dt dQ/

=

kg kJ

jam kJ

/ 7500 , 1940

/ 3247 , 078 . 16

(39)

B.5 Mixer (M-01)

Fungsi : Untuk mengetahui jumlah air pendingin yang diperlukan pada jaket pendingin

Tabel LB-12 Panas masuk pada Mixer-1 (M-01)

Alur Komponen N

(kmol/jam)

Tj (K)

Q (kJ/jam)

2 Air 13,1071 300,15 12.216,8 160.126,464

3 Asam Sulfat 98% 3,1715 300,15 277,8 881,050

Air 2% 0,3523 300,15 12.216,8 4.303.825

Total panas masuk 165.311,339

Neraca Panas Keluar Mixer I (M-01) N5H2O = 13,4594 kmol/jam N5H2SO4 = 3,1715 kmol

% Mol H2SO4 100% 19,0701

6309 , 16

1715 , 3 % 100 1715 , 3 4594 , 13

1715 ,

3 _ _ _ _



 %

Diinterpolasi dari tabel LB-9, diperoleh : Cp H2SO4 19,0701% mol = 0,8504 kal/goC

= 3,5581 kj/kgoC

Mixer bersifat adiabatis, sehingga Qin = Qout

165.311,339 = 553,6013 . 3,5581 . (Tout– 20) (Tout– 20) = 83,9239

Tout = 103,9239oC

M-01 5

Air

Asam Sulfat 98% Air 2%

Asam Sulfat Air

T= 27°C

T = 27°C

3

(40)

Tabel LB.13 Neraca Panas Pada Mixer

Senyawa N

5

in



07 , 377

15 ,

298 CpdT(kJ/kmol) Q (kJ/jam)

Asam Sulfat 3,1715 10.962,5241 34.767,934

Air 13,4594 29.897,2586 402.398,571

Total Panas Masuk 437.166,505

Tabel LB.14 Neraca Panas Keluar Mixer

Senyawa N

5

out



15 , 363

15 ,

Asam Sulfat 3,1715 9.028,5000 28.633,8878

Air 13,4594 26.281,4178 353.731,5953

Maka air pendingin yang dibutuhkan :

dt dQ

= Q_outQ_in

= 382.365,7205 kJ/jam – 437.166,505 kJ/jam = - 54.800,7841 kJ/jam

m =

) 27 ( ) 40 (

/

C H C H

dt dQ

o

o  x 18,02 kg/kmol

=

K kmol kJ

jam kJ

. / 8115 , 149 7906 , 125 . 1

/ 7841 , 800 . 54

 x 18,02 kg/kmol

= 1.011,8149 kg/jam

B.6 Reaktor

(41)

4

7

Benzil Sianida 90oC

Asam Sulfat Air

90oC

5

R-01

Air pendingin 27oC

Air pendingin 40o_C

Tabel LB.15 Neraca Panas Masuk Reaktor

Senyawa N4in



15 , 363

15 ,

Benzil Sianida 1,2148 13.380,4320 16.254,5488

Air 0,0798 4.909,5336 391,7808

Senyawa

N5in



15 , 363

15 ,

Asam Sulfat 3,1715 9.028,5000 28.633,8878

Air 13,4594 4.909,5336 66.079,2791

Tabel LB.16 Neraca Panas Keluar Reaktor

Senyawa N

6

out



15 , 363

15 ,

Benzil Sianida 0,2430 13.380,4320 3.251,4450

Air 11,5954 4.909,5336 56.928,0056

Asam Sulfat 2,1997 9.028,5000 19.859,9915

Asam Fenil Asetat 0,9719 14.876,2120 14.458,1904

Ammonium Bisulfat 0,9719 7.967,7000 7.743,8076

Panas Reaksi :

Reaksi yang terjadi adalah :

(42)

Tabel LB.17 Panas Reaksi Standar 298,15 K

Senyawa σ

(koefisien reaksi) ΔHf

ΔHf produk

ΔHf reaktan

Benzil Sianida 1 86.600 - 86.600

Air 2 -285.800 - -571.600

Asam Sulfat 1 -814.000 - -814.000

Asam Fenil Asetat 1 -343.500 -343.500 -

Ammonium Bisulfat 1 -1.027.000 -1.027.000 -

Panas reaksi pada keadaan standar : ΔHro

= Σ σ.ΔHf

= (-343.500 - 1.027.000) – (86.600-571.600-814.000) = -71.500 kJ/kg mol

Maka, selisih panas adalah :

dt dQ

= out in

o

r r Q Q

H  

 .

= -71.500 + 102.241,4401– 111.359,3755 = - 78.608,7853 kJ/jam

Q loss = 8.501,6578 kJ/jam (dari Lampiran C) QT = Q reaktor + Q loss = - 70.107,1275 kJ/jam

Tanda negatif, berarti sistem mengeluarkan panas sebesar 70.107,1275 kJ/jam. Maka dibutuhkan air pendingin.

Air pendingin yang dibutuhkan adalah :

m =

) 27 ( ) 40 (

/

C H C H

dt dQ

o

o  x 18,02 kg/kmol

=

K kmol kJ

jam kJ

. / 8115 , 149 7906 , 125 . 1

/ 1275 , 107 . 70

 x 18,02 kg/kmol

(43)

Tabel LB.18 Neraca Panas Reaktor (R-01)

Senyawa Panas masuk

(kJ/jam)

Panas keluar (kJ/jam)

Benzil Sianida 16.254,5488 3.251,4450

Air 28.633,8878 56.928,0056

Asam Sulfat 66.079,2791 19.859,9915

Asam Fenil Asetat - 14.458,1904

Ammonium Bisulfat - 7.743,8076

Panas Reaksi -69.490,8500

Air pendingin -70.107,1275 -

Total 32.750,5901 32.750,5901

B.7 Heater (HE-02)

Pada heater (HE-02), untuk memanaskan keluaran reaktor dengan suhu 137,5oC yang selanjutnya diumpankan ke washing (W-01). Tujuan perhitungan neraca panas ini untuk mengetahui jumlah steam yang diperlukan untuk memanaskan keluaran reaktor karena pada washing diperlukan suhu hingga 80oC.

6 7

Steam 200o

C,

Kondensat 200o

C

Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat 90o

C

HE-02

Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat 137,5o

C

Tabel LB.19 Neraca Panas Masuk Heater-02

Senyawa N

6

in



15 , 363

15 ,

Benzil Sianida 0,2430 13.380,4320 3.251,4450

Air 11,5954 4.909,5336 56.928,0056

Asam Sulfat 2,1997 9.028,5000 19.859,9915

(44)

Tabel LB.20 Neraca Panas Keluar Heater-02

Senyawa N

7

out



65 , 410

15 ,

Benzil Sianida 0,2430 23.158,4400 5.627,5009

Air 11,5954 8.553,0175 99.175,6591

Asam Sulfat 2,1997 15.626,2500 34.373,0621

dt dQ

= QoutQin

= 177.602,7573 kJ/jam – 102.241,4401 kJ/jam = 75.361,3171 kJ/jam

m =



dt dQ/

=

kg kJ

jam kJ

/ 7500 , 1940

/ 3171 , 361 . 75

= 38,8310 kg/jam

Tabel LB.21 Neraca Panas Heater (HE-02)

Senyawa Panas masuk

(kJ/jam)

Benzil Sianida 3.251,4450 5.627,5009

Air 56.928,0056 99.175,6591

Asam Sulfat 19.859,9915 34.373,0621

Asam Fenil Asetat 14.458,1904 25.023,7912

Ammonium Bisulfat 7.743,8076 13.402,7440

Steam 75.361,3171 -

Total 177.602,7573 177.602,7573

B.8 Washing (W-01)

(45)

7

9

Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat 137,5C

Air 27C

80C

Benzyl Sianida Asam Sulfat

Air

8

W-01

Tabel LB.22 Neraca Panas Masuk Washing (W-01)

Senyawa N7in



410,65 15 ,

298 CpdT (kJ/kmol)

Q (kJ/jam)

Benzil Sianida 0,2430 23.158,4400 5.627,5009

Air 11,5954 8.553,0175 99.175,6591

Asam Sulfat 2,1997 15.626,2500 34.373,0621

Senyawa N

8

in



15 , 300

15 ,

Air 22,7933 149,8115 3.414,6995

Tabel LB.23 Neraca Panas Keluar Washing (W-01)

Senyawa N

9

out



15 , 353

15 ,

Benzil Sianida 0,2430 11.321,9040 2.751,2227

Air 34,3887 4.149,1778 142.684,8291

Asam Sulfat 2,1997 7.639,5000 16.804,6082

B.9 Cooler (HE-03)

(46)

11 12

Air Pendingin 27o_{C, 1 atm}

Air Pendingin Bekas 40o_{C, 1 atm}

Ammonium Bisulfat Benzil Sianida Asam Sulfat Air

Asam Fenil Aseat 80o

Asam Fenil Aseat 30o

Benzil Sianida 0,0021 11.321,9040 23,7760

Asam Sulfat 0,0186 7.639,5000 142,0947

Air 0,2907 4.149,1778 1.206,1660

Asam Fenil Asetat 0,0082 12.587,5640 103,2180

Tabel LB.25 Neraca Panas Keluar Cooler (HE-03) Senyawa

Benzil Sianida 0,0021 1.029,2640 2,1615

Asam Sulfat 0,0186 694,5000 12,9177

Air 0,2907 374,7055 108,9269

Ammonium Bisulfat 0,9719 612,9000 595,6775

Total Panas Keluar 729,0670

dt

(47)

Tabel LB.26 Neraca Panas Cooler (HE-03)

Senyawa Panas masuk (kJ/jam) Panas keluar (kJ/jam)

Alur 11 Alur 12

Asam Sulfat 142,0947 12,9177

Air 1.206,1660 108,9269

Ammonium Bisulfat 6.552,4526 595,6775

Air Pendingin - 7.298,6403 -

Total 729,0670 729,0670

B.11 Heater (HE-04)

Tujuan perhitungan neraca panas untuk mengetahui jumlah steam yang diperlukan, dimana heater ini berfungsi untuk menaikkan temperatur sebagai umpan destilasi.

13 15

Steam 200o

C

Kondensat 200o

C

Benzil Sianida Air

Asam Fenil Aseat 80o_C HE-04

Benzil Sianida Air

Asam Fenil Aseatt 196,85o_C,

Tabel LB.27 Neraca Panas Masuk Heater (HE-04) Senyawa

N13in



15 , 353

15 ,

Benzil Sianida 0,2152 11.321,9040 2.436,4737

Air 0,6820 4.149,1778 2.829,7392

Tabel LB.28 Neraca Panas keluar Heater (HE-04)

Senyawa N15out



470

15 ,

Q (kJ/jam)

Benzil Sianida 0,2152 35.375,8037 7.612,8730

Senyawa N16out



BP

dT

l Cp

15 ,

298 ( )

(kJ/kmol)

ΔHVL

_

470 ) ( BP Cp v dT (kJ/kmol)

Q (kJ/jam)

Air 0,6820 5.671,8679 40.656,2 3.323,5890 33.862,4300

(48)

dt dQ

= QoutQin

= 76.487,2392 kJ/jam – 16.471,6624 kJ/jam = 60.015,5768 kJ/jam

m =



dt dQ/

=

kg kJ

jam kJ

/ 7500 , 1940

/ 5768 , 015 . 60

= 30,9239 kg/jam

Tabel LB.29 Neraca Panas Heater (HE-04)

Alur 13 Alur 15

Benzil Sianida 436,4737 7.612,8730

Air 2.829,7392 39.022,1197

Steam 65.175,2665 -

Total 81.646,9289 81.646,9289

B.11 Kolom Destilasi (MD-01)

Untuk memisahkan asam fenil asetat dari larutan benzil sianida dan air berdasarkan perbedaan titik didihnya.

a. Kondensor

Umpan masuk kondensor Kondisi : Uap jenuh

Temperatur : 183,83oC = 362,8940oF

Tabel LB.30 Heat of Vaporization pada Titik Didihnya

Senyawa BM

(kg/kmol)

N (kmol/jam)

Fraksi mol Hv (kJ/kmol)

Benzil Sianida 117,15 0,5663 0,2357 38.290,4775

Air 18,02 1,8125 0,7544 40.656,2000

Asam Fenil Asetat 136,15 0,0237 0,0099 57.026,0000

(49)

Tabel LB.31 Heat of Vaporization pada 183,83oC

Senyawa Fraksi mol Hv (kJ/kmol) Hv komponen (kJ/kmol)

Benzil Sianida _0,2357 41.254,8427 9.724,2945

Air _0,7544 35.386,7919 26.696,5912

Asam Fenil Asetat _0,0099 67.013,2893 661,0676

Total _1,0000 37.081,9532

Komposisi komponen keluar sebagai destilat Kondisi : Cair jenuh

Tabel LB.32 Kapasitas Panas Cairan sebagai Destilat (D)

Senyawa BM

(kg/kmol)

N (kmol/jam) Fraksi mol cpL (kJ/kmoloC)

Benzil Sianida 117,15 0,2131 0,2357 205,8528

Air 18,02 0,6820 0,7544 74,8817

Asam Fenil Asetat 136,15 0,0089 0,0099 228,8646

Total 0,9040 1,0000

HL = N x cpL x ΔT Pada Benzil sianida

HL = 0,2357 x ((183,83+273,15) – 298,15) x 205,8528 = 8.972,7215 kJ/kmol

Pada air

HL = 0,7544 x ((183,83+273,15) – 298,15) x 74,8817 = 7.707,3367 kJ/kmol

Pada asam fenil asetat

HL = 0,0099 x ((183,83+273,15) – 298,15) x 228,8646 = 357,8761 kJ/kmol

HL total = 17.037,9344 kJ/kmol = 4056,6510 kkal/kmol

Komposisi komponen keluar sebagai Reflux (Lo) Kondisi : Cair jenuh

(50)

Tabel LB.33 Entalpi Cairan sebagai Reflux

Senyawa BM

(kg/kmol)

N (kmol/jam)

Fraksi mol

cpL (kJ/kmoloC)

HL (kJ/kmol) Benzil Sianida 117,15 0,3533 0,2357 205,8528 7.707,3367

Air 18,02 1,1306 0,7544 74,8817 8.972,7215

Asam Fenil Asetat 136,15 0,0148 0,0099 228,8646 357,8761

Total 1,4986 1,0000 17.037,9344

Beban kondensor Qc = Vd.Hv– D.HL-L.HL

= (2,4025 x 37.081,9532) – (0,9039 x 17.037,9344) – (1,4986 x 17.037,9344) = 48.155,7553 kJ/jam = 11.509,5017 kkal/jam = 45.642,6699 Btu/jam

LMTD =

) ln(

1 2

t t

 

  

=

_

_



₁₈₃_,₈₃ ₂₇



)

40 83 , 183 ln(

) 27 83 , 183 ( ) 40 83 , 183 (

 



= 150,2363oC= 302,4253oF

Kebutuhan air pendingin

W = Qc/(LMTD.cp) = 48.155,7553 kJ/jam/(150,2363oC x 107,2715 kJ/kmoloC) = 127,1464 kg/jam = 280,3114 lb/jam

b. Reboiler

Preheating dimana suhu umpan dari 196,85oC menjadi 267,85oC Kondisi umpan masuk

(51)

Tabel LB.34 Entalpi Cairan sebagai Umpan Preheating Senyawa N (kmol/jam) Fraksi mol cpL

(kJ/kmoloC)

HL (kJ/kmol)

Benzil Sianida 0,0080 0,0024 205,8528 86,1275

Asam Fenil Asetat 3,2779 0,9976 228,8646 39.234,6260

Total 3,2859 1,0000 39.320,7535

Kondisi umpan keluar sebagai Bottom

Kondisi : Uap jenuh

Senyawa N

(kmol/jam)

Fraksi mol Hv

(kJ/kmol)

Hv komponen (kJ/kmol) Benzil Sianida 0,0022 _0,0024 38.290,4775 87,8334 Asam Fenil Asetat 0,8813 _0,9976 57.026,0000 56.556,3977

Total 0,8835 _1,0000 56.644,2312

Komposisi komponen masuk Reboiler

Kondisi : Cair jenuh

Tabel LB.36 Entalpi Cairan sebagai Lb Senyawa N (kmol/jam) Fraksi

mol

cpL (kJ/kmoloC)

HL (kJ/kmol) Benzil Sianida 0,0080 0,0024 205,8528 121,7112 Asam Fenil Asetat 3,2779 0,9976 228,8646 55.444,4511

Total 3,2859 1,0000 55.566,1623

qp = 3,2859 x (55.566,1623 – 39.320,7535) = 53.380,7887 kJ/jam = 50.595,0266 Btu/jam

Kondisi umpan keluar sebagai Vb Kondisi : Uap jenuh

(52)

Senyawa N

(kmol/jam)

Fraksi mol Hv (kJ/kmol) Hv komponen (kJ/kmol)

Benzil Sianida 0,0059 _0,0024 36.057,0801 89,7856

Asam Fenil Asetat 2,3966 _0,9976 56.694,5030 56.553,3282

Total 2,4024 _1,0000 56.643,1138

qv = 3,2859 x (56.644,2312 – 55.566,1623) = 3.542,4264 kJ/jam = 3.357,5592 Btu/jam

Q = qp + qv = 56.923,2152 kJ/jam = 53.952,5858 Btu/jam

m =



dt dQ/

=

kg kJ

jam kJ

/ 1405

/ 2152 , 923 . 56

= 40,5147 kg/jam

B.12 Cooler (HE-05)

Pada cooler (HE-05), hasil keluaran destilat menara destilasi (MD-01) didinginkan terlebih dahulu sebelum kembali ke reaktor (R-01). Tujuan perhitungan neraca panas pada cooler ini untuk mengetahui jumlah air pendingin yang diperlukan.

18 19

Air Pendingin 27o

C, 1 atm

Air Pendingin Bekas 40o

C, 1 atm

Benzil Sianida Air

Asam Fenil Aseat 183,83o

C, 1 atm

HE-05

Benzil Sianida Air

(53)

Tabel LB.38 Neraca Panas Masuk Cooler (HE-05)

Benzil Sianida 0,2131 32.695,6002 6.967,4324

Senyawa N18in



BP

Air 0,6820 5.448,6992 40.656,2 2.972,0894 33.470,5062

Tabel LB.39 Neraca Panas Keluar Cooler (HE-05) Senyawa

Benzil Sianida 0,2131 13.380,4320 2.851,3701

Air 0,6820 4.909,5336 3.348,3019

dt dQ

= Q_outQ_in

= 6.332,0702 kJ/jam – 40.761,4589 kJ/jam = - 34.429,3887 kJ/jam

= 635,6874 kg/jam

Alur 18 Alur 19

Benzil Sianida 6.967,4324 2.851,3701

Air 33.470,5062 3.348,3019

Air Pendingin - 34.429,3887 -

(54)

B.13 Cooler (HE-06)

Pada cooler (HE-06), hasil keluaran bottom menara destilasi (MD-01) didinginkan terlebih dahulu sebelum masuk ke dalam prilling tower (PT-01). Tujuan perhitungan neraca panas pada cooler ini untuk mengetahui jumlah air pendingin yang diperlukan.

22 23

Air Pendingin 27o

C, 1 atm

Air Pendingin Bekas 40o

C, 1 atm

Benzil Sianida Asam Fenil Aseat 267,85o

C, 1 atm

HE-06

Benzil Sianida Asam Fenil Aseat 100o

C, 1 atm

Tabel LB.41 Neraca Panas Masuk Cooler (HE-06)

Senyawa N22in



541 Asam Fenil Asetat

0,8813 40.703,6047 35.872,0

868

Benzil Sianida 0,0022 29.642,8032 38.290,4775 6.968,1173 164,7831

Tabel LB.42 Neraca Panas Keluar Cooler (HE-06)

Senyawa N23out



Benzil Sianida 0,0022 15.438,9600 33,9657

dt dQ

= Q_outQ_in

= 15.161,3568 kJ/jam- 36.036,8699 kJ/jam = -20.875,5131 kJ/jam

(55)

=

K kmol kJ

jam kJ

. / 8115 , 149 7906 , 125 . 1

/ 5131 , 875 . 20

 x 18,02 kg/kmol

= 385,4353 kg/jam

Alur 22 Alur 23

Air Pendingin -20.875,5131 -

Total 15.161,3568 15.161,3568

B.14 Prilling Tower (PT-01)

Pada prilling tower (PT-01), setelah hasil bottom didinginkan pada HE-06 maka produk diumpankan ke PT-01 untuk membentuk kristal dengan bantuan udara dingin. Tujuan perhitungan neraca panas pada prilling tower ini untuk mengetahui suhu keluaran udara bekas.

- Panas masuk (Qi), Qi = N23asam fenil



15 , 373

15 ,

298 Cpas.fenil + N 23

Benzil



15 , 373

15 ,

298 Cpbenzyl = 15.161,3568 kJ/jam

Panas masuk udara

Asumsi suhu udara masuk 30oC (303,15 K) dan massa udara (F = 100 kg/jam) BMrata-rata = (79% x BM N2) + (21% x BM O2) = (0,79 x 28) + (0,21 x 32)

= 28,84 kg/kmol

Nudara = F/BMrata-rata = 100/28,84 = 3,4674 kmol/jam

Tabel LB.44 Neraca Panas Masuk Udara Prilling Tower (PT-01) Komponen N24udara masuk

(kmol/jam)



15 , 303

15 ,

298 Cp(g)dT (kJ/kmol)

Qin (kj/jam)

Udara 3,4674 5.021,6394 17.412,0646

(56)

- Panas keluar (Qo), Qo = N25asam fenil



15 , 303

15 ,

298 Cpas.fenil + N 25

Benzil



15 , 303

15 ,

298 Cpbenzyl

Tabel LB.45 Neraca Panas Keluar Prilling Tower (PT-01)

Senyawa N25out



15 , 303

15 ,

Q (kJ/jam)

Benzil Sianida 0,0022 793,9000 1,7466

Asam Fenil Asetat 0,8813 872,2000 768,6699

Total 770,4164

Perhitungan suhu keluar udara pendingin Panas keluar alur 26

Jika diasumsikan Prilling Tower berisfat adiabatik, panas masuk = panas keluar

dt dQ

= QoutQin = 0 Qout = Qin

Qout25 + Qout26= Qin23 + Qin24 770,4164 + Nudara[



T

dT

g Cp

15 ,

298 ( ) ] = 15.161,3568 +17.412,0646 Nudara[



T

dT

g Cp

15 ,

298 ( ) ] = 31.803,0050 kJ/jam

Dengan cara trial and error diperoleh suhu udara keluar sebesar 34,1322oC Hasil perhitungan udara keluar :

Tabel LB.46 Neraca Panas Keluar Udara Prilling Tower (PT-01) Komponen N26udara keluar

(kmol/jam)



4240 , 315

15 ,

298 Cp(g)dT (kJ/kmol)

Qin (kj/jam)

(57)

Tabel LB.47 Neraca Panas Prilling Tower (PT-01)

Senyawa Panas masuk

(kJ/jam)

Umpan 15.161,3568

Udara Masuk 17.412,0646 -

Produk - 770,4164

Udara Keluar - 31.802,0913

(58)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

Beberapa persamaan yang digunakan dalam perhitungan perancangan tangki: Tangki penyimpanan cairan disediakan dengan ruang uap tertentu :

 15 % jika volum < 500 galon

 10 % jika volum > 500 galon (Walas, 1988)

- Volume shell tangki (Vs)

L πD

Vo 2

4 1



 

1₂



-sin



Vo

Vs _ _

 

Tabel LC.1 Perbandingan Panjang dan Diameter Tangki

P (psig) 0-250 251-500 501 +

L/D 3 4 5

(Walas, 1988)

- Volume tutup tangki (Ve) Untuk torispherical (L = D) Vo = 0,0778 D3

  

D



H D

H Vo

Vh _₂ 2₁_,₅_ _{(Walas, 1988)}

dimana:

L = panjang silinder (m) H = tinggi cairan (m) D = diameter silinder (m) Vo = volum ”full head” θ = sudut kerucut

- Tebal shell tangki

0,6P SE

PR t



(59)

dimana:

t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable Stress (psia) E = joint efficiency

C = corrosion allowance (in/tahun) n = umur alat (tahun)

- Tebal tutup tangki untuk flat flanged

S

P

D 

 0,3

t + n. C (Walas, 1988)

- Tebal tutup tangki untuk torispherical

0,2P 2SE

M r P

t c

  

 + n. C (Brownell & Young, 1959)

M =

 

2 / 1

4 3

icr rc



dimana:

t = tebal tutup (in) P = tekanan desain (psig) L = crown radius

D = diameter tutup (in) S = allowable Stress (psia) E = joint efficiency

C = corrosion allowance (in/tahun) n = umur alat (tahun)

rc = crown radius (in) icr = inside corner radius (in) sf = straight flange length

(60)

Ρcampuran = Σ% berati.ρi (Reid, et all., 1977) C.1 Tangki Penyimpanan C6H5CH2CN (TK-01)

Fungsi : Menyimpan C6H5CH2CN untuk kebutuhan selama 15 hari Bentuk : Silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup flat flanged

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade A

Jumlah : 1 unit

Temperatur : 30° C

Tekanan : 1 atm = 14,696 psia

Tabel LC.2 Komposisi bahan pada Tangki Penyimpanan Benzil Sianida

Komponen F

(kg/jam)

Fraksi Massa

Densitas (kg/m3)

ρ campuran (kg/m3) Benzil Sianida 142,3177 0,99 1012,50 1002,3750

Air 1,4376 0,01 995,68 9,9568

Total 143,7552 1,00 1012,3318

Perhitungan:

a. Volume larutan, Vl = ₃

kg/m 1012,3318

jam/hari 24

x hari x15 /jam 143,7522kg

= 51,1215 m3 Faktor kelonggaran = 10 %

Volume tangki, Vt = (1 + 0,1) . 51,1215 m3 = 56,2336 m3

Fraksi terisi = 0,9091

2336 , 56

1215 ,

51 _

 t l

V V

Dari tabel 10.59 pada buku Perry, Chemical Engineering Handbook edisi 8 diperoleh untuk fraksi volum 0,9091 maka H/D = 0,8535

b. Diameter dan tinggi shell

Volume tangki (V)

V = Vs

Kapasitas shell dengan H/D = 0,8535 θ = 2 arc cos (1-2H/D)

(61)

Vs = Vo (V/Vo)

Vs =  D

 

1₂_



 sin



4

2 _

L

Vs = 0,7140 D2L

L/D = 3

Vs = 2,1420 D3

56,2336 m3 = 2,1420 D3

D = 2,9721 m = 117,0103 in R = 1,4860 m = 58,5052 in

H = 0 ,8535 x D = 2,5367 m = 99,8683 in L = 3 x D = 8,9162 m = 351,0310 in

c. Tebal shell tangki

Tinggi larutan dalam tangki = 2,5367 m Tekanan hidrostatik

P =  x g x ZL

= 1.012,3318 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 2,5367 m = 25.165,8316 Pa = 25,1658 kPa

Faktor kelonggaran = 10 %

P operasi = 1 atm = 101,325 kPa

Maka, Pdesain = (1,1) (P operasi + P hidrostatik)

= 1,1 ( 101,325 + 25,1658) = 139,1399 kPa = 20,1806 psia = 5,4846 psig

- Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade A

- Allowable working Stress (S) : 11.200 psia (Walas,1988) - Joint efficiency (E) : 0,90 (Walas,1988)

- Corossion allowance (C) : 0,125 in/tahun (Perry&Green,1999) - Umur alat : 10 tahun

in

in C

n

1,2818

) 125 , 0 .( 10 psig) 0,6(5,4846 )

psia)(0,90 (11.200

58,5062) (

g) (5,4846psi

. 0,6P SE

PR t



 



 

