A.2 Perhitungan Neraca Massa A.2.1 Tangki Pelarutan (TP-01)

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Kapasitas produksi CaCl2= 7500 ton/tahun 1 tahun = 330 hari kerja

1 hari = 24 jam kerja

Kapasitas tiap jam

ton 1

kg 1000 jam

24 hari hari

330 tahun 1 tahun

ton

7500 x x x



= 946,970 kg / jam Kemurnian dari CaCl2adalah 97 %, maka : Jumlah CaCl2 = 97% x 946,970 kg/jam

= 918,625 kg/jam

A.1 Penentuan Komposisi Bahan Baku Komposisi Cangkang kerang :

• 98,7 % CaCO₃ : 825,615 kg/jam • 0,4 % MgCO3 : 3,346 kg/jam

• 0,9 % NaCl : 7,528 kg/jam

Total : 836,489 kg/jam

A.2 Perhitungan Neraca Massa A.2.1 Tangki Pelarutan (TP-01)

Fungsi : Untuk mengencerkan Asam Klorida (HCl)

H2O(l) (2)

HCl(aq)37% (1) (3) HCl(aq)30%

H2O(l) 63% H2O(l) 70%

(2)

Neraca Massa Total : F1 + F2 = F3

1635,265 + 381,562 = 2016,827 2016,827 kg/jam = 2016,827 kg/jam

Neraca Massa Komponen :

HCl : F1HCl = 1635,265 kg/jam x 37% = 605,048 kg/jam

F1H2O = 1635,265– 605,048 = 1030,217 kg/jam F3HCl = F3HCl= 605,048 kg/jam H2O : F3H2O = 605,048 kg/jam x 7/3

= 1411,779 kg/jam F2H2O = F3H2O- F1H2O

= 1411,779 - 1030,217 = 381,562 kg/jam

Tabel LA.1 Neraca Massa pada Tangki Pelarutan HCl (TP-01)

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

Alur 1 Alur 2 Alur 3

HCl 605,048 605,048

H2O 1030,217 381,562 1411,779

Subtotal 1635,265 381,562 2016,827

Total 2016,827 2016,827

A.2.2 Reaktor Asam (R-01)

Fungsi : Untuk mereaksikan CaCO3dan MgCO3dengan HCl. HCl 30%

H2O 70% (3) (6) CO2

CaCO3 (5) (7) CaCO3 CaCl2

MgCO3 MgCO3 H2O HCl

NaCl NaCl MgCl2

(3)

Reaksi yang terjadi di dalam Reaktor Asam :

I. CaCO3(s) + 2 HCl(aq) CaCl2(s) + H2O(l) + CO2(g) II. MgCO3(s) + 2 HCl(aq) MgCl2(s) + H2O(l) + CO2(g) Untuk reaksi I :

XCaCO3= 0,99 (William, dkk, 2002)

NCaCO3 =8,249kmol

kg/kmol 100,09

kg 825,615



r= 0,99 .8,249 = 8,166 kmol

Mis : F1HClmula-mula = y1 * Mr HCl = B1HCl/ XCaCO3* Mr HCl

CaCO3(s) + 2 HCl(aq) CaCl2(s) + H2O(l) + CO2(g)

M : 8,249 y1 - -

-B : 8,166 16,332 8,166 8,166 8,166

S : 0,083 y1- 16,332 8,166 8,166 8,166

Untuk reaksi II :

XMgCO3= 0,90 (Medjell, 1994)

NMgCO3 =0,040kmol

84,32 3,346



r = 0,90 . 0,040 = 0,036 kmol

Mis : F2HCl mula-mula = y2* Mr HCl = B2HCl / XMgCO3* Mr HCl

MgCO3(s) + 2 HCl(aq) MgCl2(s) + H2O(l) + CO2(g)

M : 0,040 y2 - -

-B : 0,036 0,071 0,036 0,036 0,036

S : 0,004 y1- 0,071 0,036 0,036 0,036

Dari kedua reaksi di atas diperlukan total jumlah HCl mula- mula sebanyak : F1HCl= F3HCl = F1HCl mula-mula+ F2HCl mula-mula

= (B1

HCl/ XCaCO3* Mr HCl) + (B2HCl / XMgCO3* Mr HCl) = (16,332/ 0,99 * 36,46) + (0,071/ 0,9 * 36,46)

(4)

Neraca Massa Total:

F5 + F3= F6 + F7

836,489+ 2016,827 = 360,973 + 2492,343 2853,316 kg/jam = 2853,316 kg/jam

Neraca Massa Komponen:

MgCO3: F7MgCO3 = F5MgCO3 – r2MrMgCO3 = 3,346 – 0,036. 84,32 = 0,335 kg/jam

NaCl : F7NaCl = F5NaCl= 7,528 kg/jam CaCO3: F7CaCO3 = F5CaCO3– r1MrCaCO3

= 825,615 – 8,166 . 100,09 = 8,256 kg/jam

HCl : F7HCl = F3HCl– r1MrHCl – 2.r2MrHCl

= 605,048–8,166 . 36,46 – 2.0,036 . 36,46 = 6,951 kg/jam

CO2: F6CO2 = r1MrCO2+ r2MrCO2 = 8,166 . 44 + 0,036 . 44 = 360,973 kg/jam

CaCl2: F7CaCl2 = r1MrCaCl2 = 8,166 . 110,99 = 906,329 kg/jam MgCl2: F7MgCl2 = r2MrMgCl2

= 0,036 . 95,21 = 3,400 kg/jam

H2O : F7H2O = F3H2O+ r1MrH2O + r2MrH2O

(5)

Tabel LA.2 Neraca Massa pada Reaktor Asam (R-01)

Alur 5 Alur 3 Alur 7 Alur 6

CaCO3 825,615 8,256

MgCO3 3,346 0,335

NaCl 7,528 7,528

HCl 605,048 6,951

MgCl2 3,400

CaCl2 906,329

H2O 1411,779 1559,544

CO2 360,973

Subtotal 836,489 2016,827 2492,343 360,973

Total 2853,316 2853,316

A.2.3 Tangki Pelarutan (TP-02)

Fungsi : Untuk melarutkan Ca(OH)2dalam air.

H2O (9)

28oC

Ca(OH)2(s) (8) (10) Ca(OH)2(aq)20%

30oC H2O(l)80%

Gambar LA.3 Aliran Proses pada Tangki Pelarutan

Neraca Massa Total: F8 + F9 = F10

16,772 + 67,088 = 83,860 83,860 kg/jam = 83,860 kg/jam Neraca Massa Komponen:

Ca(OH)2: F8Ca(OH)2 = F10Ca(OH)2 = 16,772 kg/jam H2O : F9H2O = F9H2O = 67,088 kg/jam

(6)

Tabel LA.3 Neraca Massa pada Tangki Pelarutan (TP-02)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 8 Alur 9 Alur 10

Ca(OH)2 16,772 16,772

H2O 67,088 67,088

Subtotal 16,772 67,088 83,860

Total 83,860 83,860

A.2.4 Reaktor Penetral (R-02)

Fungsi : Untuk menetralkan MgCl2dan HCl

Ca(OH)2 20%

H2O 80%

CaCO3 CaCO3

MgCO3 (10) MgCO3

NaCl (7) (11) NaCl

HCl HCl

MgCl2 MgCl2

CaCl2 CaCl2

H2O H2O

Mg(OH)2 Ca(OH)2 Gambar LA.4 Aliran Proses pada Reaktor Penetral

Reaksi yang terjadi di dalam Reaktor Penetral :

I. MgCl2(s)+ 2 Ca(OH)2(aq) CaCl2(s)+ Mg(OH)2(s) II. 2 HCl(aq)+ Ca(OH)2(aq) CaCl2(s)+ 2 H2O(l)

Untuk reaksi I:

XMgCl2=0,70 (Elsner, 1998) NMgCl2 =0,036kmol

95,21 3,400



r1= 0,70 . 0,036 = 0,025 kmol

Mis : F1Ca(OH)2 mula-mula= y1* Mr Ca(OH)2= B1Ca(OH)2/ XMgCl2* Mr Ca(OH)2

MgCl2(s)+ Ca(OH)2(aq) CaCl2(s) + 2H2O(l)

M : 0,036 y1 -

(7)

B : 0,025 0,025 0,025 0,025

S : 0,011 y1- 0,025 0,025 0,025

Untuk reaksi II :

XHCl= 0,90 (Elsner, 1998)

NHCl =0,191kmol

36,46 6,951



r2= 0,90 . 0,191= 0,172 kmol

Mis : F2Ca(OH)2 mula-mula= y2* Mr Ca(OH)2= B2Ca(OH)2/ XHCl* Mr Ca(OH)2 2HCl(aq)+ Ca(OH)2(aq) CaCl2(s)+ 2H2O(l)

M : 0,191 y2 -

-B : 0,172 0,0860 0,0860 0,172

S : 0,018 y2- 0,0860 0,0860 0,172

Dari kedua reaksi di atas diperlukan total jumlah Ca(OH)2mula- mula sebanyak : F8Ca(OH)2= F10Ca(OH)2= F1Ca(OH)2 mula-mula+ F2Ca(OH)2 mula-mula

= [(B1Ca(OH)2 / XMgCl2) + (B2Ca(OH)2 / XHCl)] * Mr Ca(OH)2) = [(0,025/0,7) +( 0,172/0,9)]* 74,01

= 16,772 kg/jam Neraca massa total :

F7 + F10 = F11 2492,343 + 83,860 = 2576,204

2576,204 kg/jam = 2576,204 kg/jam

Neraca massa komponen :

CaCO3: F11CaCO3 = F7CaCO3= 8,256 kg/jam MgCO3: F11MgCO3 = F7MgCO3= 0,335 kg/jam NaCl : F11NaCl = F7NaCl= 7,528 kg/jam HCl : F11HCl = F7HCl–r2.MrHCl

= 6,951 - 0,172 . 36,46 = 0,695 kg/jam MgCl2: F11MgCl2 = F7MgCl2– r1MrMgCl2

(8)

= 1,020 kg/jam

CaCl2: F11CaCl2 = F7CaCl2+ r1MrCaCl2+ 1/2. r2. MrCaCl2 = 906,329 + 0,025.110,99 + 1/2.0,172. 110,99 = 918,625 kg/jam

H2O : F11H2O = F7H2O+ F10H2O+ r2MrH2O

= 1559,544+ 67,088 + 0,172 . 18,016 = 1629,723 kg/jam

Ca(OH)2: F11Ca(OH)2 = F10Ca(OH)2- r1MrCa(OH)2- 1/2. r2. MrCa(OH)2 = 16,772 - 0,025. 74,1 – 1/2. 0,172. 74,1

= 8,563 kg/jam Mg(OH)2: F11Mg(OH)2= r1MrMg(OH)2

= 0,025 . 58,32 = 1,458 kg/jam

Tabel LA.4 Neraca Massa pada Reaktor Penetral (R-02)

CaCO3 8,256 8,256

MgCO3 0,335 0,335

NaCl 7,528 7,528

HCl 6,951 0,695

MgCl2 3,400 1,020

CaCl2 906,329 918,625

H2O 1559,544 67,088 1629,723

Ca(OH)2 16,772 8,563

Mg(OH)2 1,458

Subtotal 2492,343 83,860 2576,204

(9)

A.2.5 Evaporator (EV-01)

Fungsi : Untuk memekatkan CaCl2dan mengurangi kadar air H2O

CaCO3 CaCO3

MgCO3 (12) MgCO3

NaCl (11) (13) NaCl

HCl HCl

MgCl2 MgCl2

CaCl2 CaCl2

H2O H2O

Mg(OH)2 Mg(OH)2

Ca(OH)2 Ca(OH)2

Gambar LA.5 Aliran Proses pada Evaporator

Asumsi : efisiensi penguapan air evaporator = 80 % Neraca Massa Total:

F11 = F12 + F13

2576,204 = 1303,778 + 1272,425 2576,204 kg/jam = 2576,204 kg/jam

CaCO3: F13CaCO3 = F11CaCO3 = 8,256 kg/jam MgCO3: F13MgCO3 = F11MgCO3 = 0,335 kg/jam NaCl : F13NaCl = F11NaCl = 7,528 kg/jam HCl : F13HCl = F11HCl = 0,695 kg/jam MgCl2: F13MgCl2 = F11MgCl2 = 1,020 kg/jam CaCl2: F13CaCl2 = F11CaCl2 = 918,625 kg/jam Ca(OH)2: F13Ca(OH)2 = F11Ca(OH)2 = 8,563 kg/jam Mg(OH)2: F13Mg(OH)2= F11Mg(OH)2 = 1,458 kg/jam H2O : F12H2O = 80 % . F11H2O

= 80 % . 1629,723 = 1303,778 kg/jam

(10)

Tabel LA.5 Neraca Massa pada Evaporator (EV-01)

CaCO3 8,256 8,256

MgCO3 0,335 0,335

NaCl 7,528 7,528

HCl 0,695 0,695

MgCl2 1,020 1,020

CaCl2 918,625 918,625

H2O 1629,723 1303,778 325,945

Ca(OH)2 8,563 8,563

Mg(OH)2 1,458 1,458

Subtotal 2576,204 1303,778 1272,425

Total 2576,204 2576,204

A.2.6 Crystallizer (CR-01)

Fungsi : Untuk mengkristalkan CaCl2

H2O

CaCO3 CaCO3

MgCO3 (14) MgCO3

NaCl (13) (15) NaCl

HCl HCl

MgCl2 MgCl2

CaCl2 CaCl2

H2O H2O

Mg(OH)2 Mg(OH)2

Ca(OH)2 Ca(OH)2

Gambar LA.6 Aliran Proses pada Crystallizer

Asumsi : Tahap kristalisasi memisahkan senyawa terlarut dan 70% air dari alur masuk.

Neraca Massa Total:

F13 = F14 + F15

1272,425 = 228,161 + 1044,264 1272,425 kg/jam = 1272,425 kg/jam

(11)

CaCO3: F15CaCO3 = F13CaCO3 = 8,256 kg/jam MgCO3: F15MgCO3 = F13MgCO3 = 0,335 kg/jam NaCl : F15NaCl = F13NaCl = 7,528 kg/jam HCl : F15HCl = F13HCl = 0,695 kg/jam MgCl2: F15MgCl2 = F13MgCl2 = 1,020 kg/jam CaCl2: F15CaCl2 = F13CaCl2 = 918,625 kg/jam Ca(OH)2: F15Ca(OH)2 = F13Ca(OH)2 = 8,563 kg/jam Mg(OH)2: F15Mg(OH)2= F13Mg(OH)2 = 1,458 kg/jam H2O : F14H2O = 70 % . F13H2O

= 70 %. 325,945 = 228,161 kg/jam F15H2O = F13H2O- F14H2O

= 325,945 – 228,161 = 97,783 kg/jam

Tabel LA.6 Neraca Massa pada Crystallizer (CR-01)

Komponen Masuk Keluar

Alur 13 Alur 14 Alur 15

CaCO3 8,256 8,256

MgCO3 0,335 0,335

NaCl 7,528 7,528

HCl 0,695 0,695

MgCl2 1,020 1,020

CaCl2 918,625 918,625

H2O 325,945 228,161 97,783

Ca(OH)2 8,563 8,563

Mg(OH)2 1,458 1,458

Subtotal 1272,425 228,161 1045,027

(12)

A.2.7 Rotary Dryer (RD-01)

Fungsi : Untuk mengeringkan produk CaCl2 H2O HCl

CaCO3 CaCO3

MgCO3 (16) MgCO3

NaCl (15) (17) NaCl

HCl HCl

MgCl2 MgCl2

CaCl2 CaCl2

H2O H2O

Mg(OH)2 Mg(OH)2

Ca(OH)2 Ca(OH)2

Gambar LA.7 Aliran Proses pada Rotary Dryer

Asumsi : efisiensi pengeringan = 99,5% dengan kadar air produk sebanyak 0,05% Neraca Massa Total:

F15 = F16 + F17

1044,264 = 97,294 + 946,970 1044,264 kg/jam = 1044,264 kg/jam

CaCO3: F17CaCO3 = F15CaCO3 = 8,256 kg/jam MgCO3: F17MgCO3 = F15MgCO3 = 0,335 kg/jam NaCl : F17NaCl = F15NaCl = 7,528 kg/jam MgCl2: F17MgCl2 = F15MgCl2 = 1,020 kg/jam CaCl2: F17CaCl2 = F15CaCl2 = 918,625 kg/jam Ca(OH)2: F17Ca(OH)2 = F15Ca(OH)2 = 8,563 kg/jam Mg(OH)2: F17Mg(OH)2= F15Mg(OH)2 = 1,458 kg/jam

HCl : F17

HCl = F15HCl = 0,695 kg/jam H2O : F16H2O = 99,5 % . F15H2O

= 99,5 %. 97,783 = 97,294 kg/jam F17H2O = F15H2O- F16H2O

= 97,783 – 97,294 = 0,489 kg/jam

(13)

Tabel LA.7 Neraca Massa pada Rotary Dryer (RD-01)

CaCO3 8,256 8,256

MgCO3 0,335 0,335

NaCl 7,528 7,528

HCl 0,695 0,695

MgCl2 1,020 1,020

CaCl2 918,625 918,625

H2O 97,783 97,294 0,489

Ca(OH)2 8,563 8,563

Mg(OH)2 1,458 1,458

Subtotal 1044,264 97,294 946,970

Total 1044,264 1044,264

A.2.8 Rotary Cooler (RC-01)

Fungsi : Untuk menurunkan panas dalam produk CaCl2

CaCO3 CaCO3

MgCO3 MgCO3

NaCl (17) (18) NaCl

MgCl2 MgCl2

CaCl2 CaCl2

H2O H2O

Mg(OH)2 Mg(OH)2

Ca(OH)2 Ca(OH)2

Gambar LA.8 Aliran Proses pada Rotary Cooler

Neraca Massa Total:

F17 = F18

946,970 kg/jam = 946,970 kg/jam Neraca Massa Komponen:

(14)

MgCl2: F18MgCl2 = F17MgCl2 = 1,020 kg/jam CaCl2: F18CaCl2 = F17CaCl2 = 918,625 kg/jam Ca(OH)2: F18Ca(OH)2 = F17Ca(OH)2 = 8,563 kg/jam Mg(OH)2: F18Mg(OH)2= F17Mg(OH)2 = 1,458 kg/jam H2O : F18H2O = F17H2O = 0,489 kg/jam HCl : F18HCl = F17HCl = 0,695 kg/jam

Tabel LA.8 Neraca Massa pada Rotary Cooler (RC-01)

Alur 17 Alur 18

CaCO3 8,256 8,256

MgCO3 0,335 0,335

HCl 7,528 7,528

HCl 0,695 0,695

MgCl2 1,020 1,020

CaCl2 918,625 918,625

H2O 0,489 0,489

Ca(OH)2 8,563 8,563

Mg(OH)2 1,458 1,458

Subtotal 946,970 946,970

(15)

A.2.9Screening(SC-01)

Fungsi : Mengayak bahan yang keluar dari rotary dryer agar mempunyai diameter partikel yang seragam.

CaCO3 MgCO3 HCl HCl MgCl2 CaCl2 H2O Mg(OH)2 Ca(OH)2

CaCO3 CaCO3

MgCO3 (19) MgCO3

HCl (18) (20) HCl

HCl HCl

MgCl2 MgCl2

CaCl2 CaCl2

H2O H2O

Mg(OH)2 Mg(OH)2

Ca(OH)2 Ca(OH)2

Gambar LA.9 Aliran Proses pada Screening

Asumsi : Fraksi terayak = 99% Neraca Massa Total:

F18 = F19 + F21

946,970 = 9,470 + 937,500

946,970 kg/jam = 946,970 kg/jam

CaCO3: F21CaCO3 = 0,99 x F18CaCO3 = 8,174 kg/jam F19CaCO3 = 0,11 x F18CaCO3 = 0,083 kg/jam MgCO3: F21MgCO3 = 0,99 x F18MgCO3 = 0,331 kg/jam F19MgCO3 = 0,11 x F18MgCO3 = 0,003 kg/jam NaCl : F21NaCl = 0,99 x F18NaCl = 7,453 kg/jam F19NaCl = 0,11 x F18NaCl = 0,075 kg/jam

HCl : F21

HCl = 0,99 x F18HCl = 0,688 kg/jam F19HCl = 0,11 x F18HCl = 0,00695 kg/jam

(16)

MgCl2: F21MgCl2 = 0,99 x F18MgCl2 = 1,011 kg/jam F19MgCl2 = 0,11 x F18MgCl2 = 0,010 kg/jam CaCl2: F21CaCl2 = 0,99 x F18CaCl2 = 909,439 kg/jam

F19CaCl2 = 0,11 x F18CaCl2 = 9,186 kg/jam Ca(OH)2: F21Ca(OH)2 = 0,99 x F18Ca(OH)2 = 8,477 kg/jam F19Ca(OH)2 = 0,11 x F18Ca(OH)2 = 0,086 kg/jam Mg(OH)2: F21Mg(OH)2= 0,99 x F18Mg(OH)2 = 1,443 kg/jam F19Mg(OH)2= 0,11 x F18Mg(OH)2 = 0,015 kg/jam H2O : F21H2O = 0,99 x F18H2O = 0,484 kg/jam F19H2O = 0,11 x F18H2O = 0,005 kg/jam

Tabel LA.9 Neraca Massa SC-01

CaCO3 8,256 0,083 8,174

MgCO3 0,335 0,003 0,331

HCl 7,528 0,075 7,459

MgCl2 1,020 0,010 1,011

CaCl2 918,625 9,186 909,439

H2O 0,489 0,005 0,484

Ca(OH)2 8,563 0,086 8,477

Mg(OH)2 1,458 0,015 1,443

Subtotal 946,970 9,470 937,500

(17)

A.2.10Ball Mill(BM-01)

Fungsi : Menghancurkan bahan yang tidak lolos dari 80 meshscreening

CaCO3 CaCO3

MgCO3 MgCO3

HCl (19) (20) HCl

HCl HCl

MgCl2 MgCl2

CaCl2 CaCl2

H2O H2O

Mg(OH)2 Mg(OH)2

Ca(OH)2 Ca(OH)2

Gambar LA.10 Aliran Proses pada Ball Mill (BM-01) Neraca Massa Total:

F19 = F20

9,470 kg/jam = 9,470 kg/jam

CaCO3: F19CaCO3 = F20CaCO3 = 0,083 kg/jam MgCO3: F19MgCO3 = F20MgCO3 = 0,003 kg/jam

HCl : F19

HCl = F20HCl = 0,075 kg/jam HCl : F19HCl = F20HCl = 0,00695 kg/jam MgCl2: F19MgCl2 = F20MgCl2 = 0,010 kg/jam CaCl2: F19CaCl2 = F20CaCl2 = 9,186 kg/jam Ca(OH)2: F19Ca(OH)2 = F20Ca(OH)2 = 0,086 kg/jam Mg(OH)2: F19Mg(OH)2= F20Mg(OH)2= 0,015 kg/jam H2O : F19H2O = F20H2O = 0,005 kg/jam

(18)

Tabel LA.10 Neraca Massa pada BM-01

Alur 19 Alur 20

CaCO3 0,083 0,083

MgCO3 0,003 0,003

HCl 0,075 0,075

HCl 0,00695 0,00695

MgCl2 0,010 0,010

CaCl2 9,186 9,186

H2O 0,005 0,005

Ca(OH)2 0,086 0,086

Mg(OH)2 0,015 0,015

Subtotal 9,470 9,470

(19)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Basis Perhitungan : 1 jam operasi Satuan operasi : KJ/ jam Temperatur Referensi : 250C

Kapasitas produk : 7500 ton/tahun

LB.1 Perhitungan Kapasitas Panas a) Data perhitungan Cp

Cp x,T = a + bT + cT2_{+ dT}3_{+ eT}4

Tabel LB.1 Nilai konstanta untuk ∫CpdT (KJ/mol.0C)

Fasa Komponen 10-3A 10-5B 10-8C 10-12D

Gas

H2O 33,46 0,688 0,7604 -3,593

CO2 36,11 4,233 -2,887 7,464

Udara 28,94 0,4147 0,319 -1,965

Cair HCl 17,7227 0,904261 -0,0056449 0,0000113

H2O 75,4 - -

-Padat

CaCO3 82,34 4,975 -12,87

-MgCl2 72,4 1,58 -

-Ca(OH)2 89,5 - -

-Sumber : Felder,R.M.&Rosseau, R.W, 2005 ; Reklaitis, 1983.

b) Nilai Cp untuk perhitungan neraca energi

Tabel LB.2 Nilai Cp untuk perhitungan neraca energi

Fasa Komponen Cp(Cal/moloC)

Padat

MgCO3 16,9

CaCl2 16,9 + 0,00386 T

Mg(OH)2 18,2

NaCl 10,79 + 0,042 T

Sumber : Reid, 1977 ; Perry, 1999

(20)

Tabel LB.3 Nilai ΔHf untuk tiap senyawa

Komponen ∆Hf(kkal/kmol)

CO2 -94,052

Udara 0

HCl -39,85

H2O -68,3174

CaCO3 -289,5

MgCl2 -153,22

Ca(OH)2 -235,58

MgCO3 -261,7

CaCl2 -190,6

Mg(OH)2 -221,9

NaCl -98,321

Sumber : Perry, 1999

LB.3 Data Panas Pelarutan untuk tiap senyawa Tabel LB.4 Panas pelarutan

Komponen ∆Hpelarutan(KJ/kmol)

HCl 74,8

Ca(OH)2 16,2

MgCl2 -8,68

CaCl2 82,9

Sumber : Martinez, 1995 ; Perry, 1999

LB.4 Perhitungan Neraca Energi

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

Qi= Hi=∫_TT n Cp. dT

1= 250C (Smith&VanNess,1975)

Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) : Cp = a +bT+ cT2+ dT3

(21)

∫ T2CpdT

T₁ =a(T2-T1)+ (T2 2_-T

12)+ (T23-T13)+ (T24-T14)

Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah :

CpdT Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :

dQ

B1. Tangki Pelarutan HCl (TP-01)

H2O (2) - Komponen masuk = HCl dan H2O - Temperatur referensi = 25oC = 298 K - Temperatur alur 1 = 30oC = 303 K - Temperatur alur 2 = 28oC = 301 K

Kalor yang masuk ke reaktor dapat dihitung dengan:

= dT dQ

n ∫Cp dT

Untuk HCl:

QHCl = (605,490:36,5) x [17,7227(303-298) + 0,904261/2x(3032-2982) -0,00564496/3x(3033-2983) – 0,0000113/4(3034-2984)]

QHCl = 7250,809 kj/jam

(22)

Tabel LB.5 Panas alur 1 pada T = 30oC

Komponen m

(kg/jam)

n (kmol/jam)

∫Cp dT (kj/kmol)

∑H= n∫Cp dT (kj/jam)

HCl 605,048 16,594 436,943 7250,809

H2O 1030,217 57,183 377,000 21558,156

Jumlah 28808,965

Komponen m

(kg/jam)

n (kmol/jam)

∫Cp dT (kj/kmol)

H2O 381,562 21,179 226,200 4790,701

Jumlah 4790,701

• Kondisi Keluar

- Alur keluar ` = Alur 3 - Komponen keluar = HCl dan air - Temperatur referensi = 25oC = 298 K

Diketahui ΔH pelarutan HCl adalah 74,8 kJ/kmol

. + = .

Dengan menggunakan trial error, diperoleh temperatur keluar sebesar 29,735oC

Tabel LB.7 Panas alur 3 pada T = 29,735oC

Komponen m

(kg/jam)

n (kmol/jam)

∫Cp dT (kj/kmol)

HCl 605,048 16,594 413,459 6861,102

H2O 1411,779 78,362 357,056 27979,825

(23)

B2. Reaktor Asam (R-01)

Saturated Steam 100oC, 1 bar HCl 30%

H2O 70% (3) (6) CO2

29,735oC 32oC

CaCO3 (5) (7) CaCO3 CaCl2

MgCO3 30oC 32oC MgCO3 H2O HCl

NaCl NaCl MgCl2

Kondensat 100oC, 1 bar

Reaksi yang terjadi:

CaCO3+ 2 HCl CaCl2+ H2O + CO2 MgCO3+ 2 HCl MgCl2+ H2O + CO2 R1= 8,166 kmol/jam

R2= 0,036 kmol/jam

ΔHR1(25oC, 1atm) = ΔHf CaCl2+ ΔHf H2O + ΔHf CO2- ΔHf CaCO3-2.ΔHf HCl = [-190,6 + (-68,3174) + (-94,052) – (-289,5) – 2*(-39,85)] x 4,184

= 67,909 kj/kmol

ΔHR2(25oC, 1atm) = ΔHf MgCl2+ ΔHf H2O + ΔHf CO2- ΔHf MgCO3-2.ΔHf HCl = [-153,22 + (-68,3174) + (-94,052)– (-261,7) – 2.(-39,85)] x 4,184

= 107,992 kJ/kmol • Kondisi Masuk

- Alur masuk = Alur 3 dan Alur 5

- Komponen masuk = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O - Temperatur referensi = 25oC

- Temperatur alur 3 = 29,735oC - Temperatur alur 4 = 30o_C

(24)

Komponen m

(kg/jam)

n (kmol/jam)

∫Cp dT (kj/kmol)

CaCO3 825,615 8,249 486,449 4012,548

MgCO3 3,346 0,040 353,548 14,030

NaCl 7,528 0,129 252,130 32,478

Jumlah 4059,057

• Kondisi Keluar

-Alur keluar = Alur 6 dan Alur 7

- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, CO2 - Temperatur referensi = 25oC

- Temperatur alur 6 = 32oC - Temperatur alur 7 = 32oC

Komponen m

(kg/jam) (kmol/jam)n (kj/kmol)∫Cp dT ∑H= n∫Cp dT(kj/jam)

CO2 360,973 8,202 261,051 2141,108

Jumlah 2141,108

Komponen m

(kg/jam)

n (kmol/jam)

∫Cp dT (kj/kmol)

CaCO3 8,256 0,082 681,377 56,204

MgCO3 0,335 0,004 494,967 1,964

NaCl 7,528 0,129 353,105 45,486

HCl 6,951 0,191 615,900 117,416

MgCl2 3,400 0,036 540,146 19,291

CaCl2 906,329 8,166 126,447 1032,582

H2O 1559,544 86,564 527,800 45688,671

(25)

dQ/dT = 46961,615+ 2141,108- 4059,057- 34840,927+(8,166x67,909)+ (0,036x107,992)

= 10761,150 kJ/jam

Sebagai media pemanas, dibutuhkan saturated steam yang masuk pada 1 bar dan 1000C. Kondensat keluar pada suhu 1000C dan tekanan 1 bar. Jumlah steam yang dibutuhkan, dimana λ adalah 2257,9 kJ/kg:

m



dQ/dT



m

kj/kg 2257,9

kj/jam 10761,150



m = 4,766 kg/jam

B3. Tangki Pelarutan Ca(OH)2(TP-02)

H2O (9)

28oC

Ca(OH)2(s) (8) (10) Ca(OH)2(aq)30%

30oC 28,147oC H2O(l)70%

• Kondisi Masuk:

- Alur masuk = Alur 8 dan Alur 9 - Komponen masuk = Ca(OH)2dan H2O - Temperatur referensi = 25oC

- Temperatur alur 8 = 30oC - Temperatur alur 9 = 28oC

Tabel LB.11 Panas pada alur 8 pada T = 30oC

Komponen m

(kg/jam)

n (kmol/jam)

∫Cp dT (kj/kmol)

Ca(OH)2 16,772 0,226 447,500 101,294

Jumlah 101,294

(26)

Tabel LB.12 Panas pada alur 9 pada T= 28oC

H2O 67,088 3,724 226,200 842,327

Jumlah 842,327

• Kondisi Keluar:

- Alur keluar = Alur 10

- Komponen keluar = Ca(OH)2dan H2O - Temperatur referensi = 25oC

Diketahui ΔH pelarutan Ca(OH)2adalah 16,2 kJ/kmol

Ni Cp dT .in+NCa(OH)₂= Ni Cp dT .out

Dengan menggunakan trial error,diperoleh temperatur keluar sebesar 28,147oC.

Tabel LB.13 Panas pada alur 10 pada T = 28,147o_C

Komponen m

Ca(OH)2 16,772 0,226 281,636 63,750

H2O 67,088 3,724 237,267 883,538

Jumlah 83,860 947,288

B4. Reaktor Penetral (R-02)

(27)

Reaksi yang terjadi:

MgCl2+ 2 Ca(OH)2 CaCl2+ Mg(OH)2

HCl + Ca(OH)2 CaCl2+ H2O

R1= 0,025 kmol/jam R2= 0,172 kmol/jam

ΔHR1(250C, 1atm) = ΔHf CaCl2+ ΔHf Mg(OH)2- ΔHf MgCl2-ΔHf Ca(OH)2 = [-190,6 + (-221,9) – (-153,22) – (-235,58)] x 4,184 = -99,161 kJ/kmol

ΔHR2(250C, 1atm) = ΔHf CaCl2+ 2.ΔHf H2O - 2.ΔHf HCl -ΔHf Ca(OH)2 = [-190,6 + 2*(-68,3174) –2*(-39,85) – (-235,58)] x 4,184 = -50,019 kJ/kmol

• Kondisi Masuk

- Alur masuk = Alur 7 dan Alur 10

- Komponen masuk = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2 - Temperatur referensi = 25oC

- Temperatur alur 7 = 32o_C - Temperatur alur 10 = 28,147o_C

Pada Tabel LB.10 diketahui bahwa panas alur 7 adalah 46961,615 kJ/jam Pada Tabel LB.13 diketahui bahwa panas alur 10 adalah 947,288 kJ/jam

• Kondisi Keluar

- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2,

(28)

Komponen m

(kg/jam)

n (kmol/jam)

∫Cp dT (kj/kmol)

CaCO3 8,256 0,082 681,377 56,204

MgCO3 0,335 0,004 494,967 1,964

NaCl 7,528 0,129 353,105 45,486

HCl 0,695 0,019 615,900 11,742

MgCl2 1,020 0,011 540,146 5,787

CaCl2 918,625 8,277 1246,155 10314,361

H2O 1629,723 90,460 527,800 47744,658

Ca(OH)2 8,563 0,116 626,500 72,403

Mg(OH)2 1,458 0,025 533,042 13,326

Jumlah 58265,932

dQ/dT = 58265,932-46961,615 -947,288+(-99,161*0,025)+(-50,019*0,172) = 10345,968 kJ/jam

B5. Evaporator (EV-01)

Superheated Steam H2O 150oC

CaCO3 1 bar (12) 115oC CaCO3

MgCO3 MgCO3

NaCl (11) (13) NaCl

HCl 32oC 115oC HCl

MgCl2 MgCl2

CaCl2 CaCl2

H2O H2O

Mg(OH)2 Kondensat Mg(OH)2

Ca(OH)2 100oC Ca(OH)2

1 bar

• Kondisi Masuk

-Alur masuk = Alur 11

- Komponen masuk = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2

- Temperatur referensi = 25oC - Temperatur alur 11 = 32o_C

(29)

Pada Tabel LB.15 diketahui panas pada alur 11 pada 32oC adalah 58265,932 kJ/jam • Kondisi Keluar

- Alur keluar = Alur 12 dan 13

- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2

- Temperatur referensi = 25oC - Temperatur alur 12 = 115oC - Temperatur alur 13 = 115oC

Komponen m

(kg/jam) (kmol/jam)n (kj/kmol)∫Cp dT ∑H= n∫Cp dT(kj/jam) m x ∆Hvl H2O (g) 1303,778 72,368 3058,403 221329,875 2889850,779

jumlah 221329,875 2889850,779

Komponen n

(kg/jam)

N (kmol/jam)

∫Cp dT (kj/kmol)

CaCO3 8,256 0,082 8946,382 737,955

MgCO3 0,335 0,004 6363,864 25,254

NaCl 7,528 0,129 4605,555 593,270

HCl 0,695 0,019 11282,992 215,100

MgCl2 1,020 0,011 7003,746 75,042

CaCl2 918,625 8,277 7577,118 62715,411

H2O 325,945 18,092 6786,000 122771,978

Ca(OH)2 8,563 0,116 8055,000 930,891

Mg(OH)2 1,458 0,025 6853,392 171,339

Jumlah 1272,425 188236,241

dQ/dT =188236,241+ 221329,875+ 2889850,779- 58265,932 = 3241150,963 kJ/jam

(30)

m

Udara Pendingin H2O 5oC

CaCO3 (14) 60oC CaCO3

MgCO3 MgCO3

NaCl (13) (15) NaCl

HCl 115oC 60oC HCl

MgCl2 MgCl2

CaCl2 CaCl2

H2O H2O

Mg(OH)2 Udara Pendingin Mg(OH)2

• Kondisi Masuk - Alur masuk = Alur 13

- Temperatur referensi = 25o_C - Temperatur alur 13 = 115oC

Pada Tabel LB.17 diketahui panas pada alur 13 pada 115o_{C adalah 188236,241} kJ/jam

• Kondisi Keluar

- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2,Mg(OH)2

(31)

Tabel LB.17 Panas pada alur 14 pada T =60oC

Komponen m

(kg/jam)

n (kmol/jam)

∫Cp dT (kj/kmol)

m x ∆Hvl H2O (g) 228,161 12,664 1181,831 14967,135 549122,430

Jumlah 14967,135 549122,430

Komponen m

(kg/jam) (kmol/jam)n (kj/kmol)∫Cp dT ∑H= n∫Cp dT(kj/jam) -∆Hs*n

CaCO3 8,256 0,082 3431,264 283,033

MgCO3 0,335 0,004 2474,836 9,821

NaCl 7,528 0,129 1774,135 228,537 -0,502

HCl 0,695 0,019 3420,001 65,199 -1425,992

MgCl2 1,020 0,011 2708,472 29,020 93,002

CaCl2 918,625 8,277 2653,175 21960,190 -686158,939

H2O 97,783 5,428 2639,000 14323,397

Ca(OH)2 8,563 0,116 3132,500 362,013 -1872,184

Mg(OH)2 1,458 1,458 2665,208 3886,039

Jumlah 1044,264 41147,250 -689364,614

dQ/dT = 41147,250+14967,135+549122,430+(-689364,614)-188236,241 = -272364,041 kj/jam

Data operasi: a) Udara

Tin = 5oC Tout = 60oC

Hin = 0,01 kg H2O/kg udara (asumsi)

b) Cairan Terlarut

Laju Alir = 1272,425 kg/jam Tin = 115o_C

(32)

Neraca Bahan

GHin+ LsXin= GHout+ LsXout Dimana :

G = Laju alir udara, kg/jam udara kering Ls= Laju alir zat padat, kg/jam

H = Kelembaban udara, massa uap per satuan massa udara kering X = Kandungan kebasahan-bebas, massa air per satuan massa zat total Dari persamaan di atas, maka:

0,01G + (1272,425× 0,256) = GHout + (1272,425× 0,094)

0,01G + 206,797 = GHout (Pers. 1)

Neraca Panas

GH + LsHs= GH +LsH +Q a) Entalpi Cairan Terlarut

Hs= CpS(Ts-To)+XCpA(Ts-To) Dimana :

Hs= Entalpi cairan terlarut, kJ/kg

CpS= Kalor jenis cairan terlarut, kJ/kgoC CpA= Kalor jenis air, kJ/kgoC

X = Kandungan kebasahan-bebas, massa air per satuan massa zat total Ts = Suhu cairan terlarut,oC

To = Suhu referensi,oC i) Cairan Terlarut Masuk

Hsin= CpS(Tsin-To)+XCpA(Tsin-To)

= 1,644 (115 - 0) + 0,256 × 4,185 (115 - 0) = 312,316 kJ/kg

ii) Kristal Keluar

Hsout = CpS(Tsout-To)+XoutCpA(Tsout-To)

(33)

b) Entalpi Udara :

HG= CS(TG-To) + Hλo Dimana :

HG= Entalpi udara, kJ/kg udara kering

H = Kelembaban udara, massa uap per satuan massa udara kering λo= Kalor laten air pada suhu referensi, kJ/kg

CS= Kalor lembab, 1,005 + 1,88H kJ/kgoC TG= Suhu cairan terlarut,oC

To= Suhu referensi,oC i) Udara Masuk

HGin = CSin(TGin-To) + Hinλo

= (1,005+1,88×0,01)×(5-0) + (0,01×2501,4) = 30,133 kJ/kg

ii) Udara Keluar

HGout = CSout(TGout-To) + Houtλo

= (1,005+1,88Hout)×(60-0) + (Hout×2501,4)

= 60,3+2503,28 Hout _{(Pers. 2)}

Substitusi pers.2 dan pers.1 ke persamaan neraca panas didapat persamaan sebagai berikut :

55,200 G = 548044,370

G = 9928,376 kg/jam udara

Houtdiperoleh dari substitusi nilai G ke pers.1, maka: 0,01(21107,149) + 206,797 = (9928,376)Hout

(34)

B7. Rotary Dryer (RD-01)

Superheated Steam

150oC H2O

CaCO3 1 bar (16) 120oC CaCO3

MgCO3 MgCO3

NaCl (15) (17) NaCl

HCl 60oC 120oC HCl

MgCl2 MgCl2

CaCl2 CaCl2

H2O H2O

Mg(OH)2 Kondensat Mg(OH)2

1 bar

• Kondisi Masuk

- Alur masuk = Alur 15

- Temperatur referensi = 25oC - Temperatur alur 15 = 60oC

Pada Tabel LB.19 diketahui panas pada alur 15 pada 40o_{C adalah 17624,313 kJ/jam}

• Kondisi Keluar

- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2,Ca(OH)2, Mg(OH)2

Komponen m

(kg/jam)

n (kmol/jam)

∫Cp dT (kj/kmol)

m x ∆Hvl H2O (g) 97,294 5,400 3230,240 17444,743 216986,103

Jumlah 17444,743 216986,103

(35)

Komponen m

(kg/jam)

n (kmol/jam)

∫Cp dT (kj/kmol)

CaCO3 8,256 0,082 9455,219 779,927

MgCO3 0,335 0,004 6717,412 26,657

NaCl 7,528 0,129 4409,842 568,059

HCl 0,695 0,0191 12209,082 232,755

MgCl2 1,020 0,011 7396,596 79,251

CaCl2 918,625 8,277 6833,492 56560,453

H2O 0,489 0,027 7163,000 194,389

Ca(OH)2 8,563 0,116 8502,500 982,607

Mg(OH)2 1,458 0,025 7234,136 180,858

Jumlah 946,970 69921,278 59604,957

dQ/dT = 59604,957 + 17444,743 + 216986,103 – 41147,250 = 252888,552 kJ/jam

Sebagai media pemanas, dibutuhkan superheated steam yang masuk pada 1 bar dan 150oC. Kondensat keluar pada suhu 100oC dan tekanan 1 bar. Jumlah steam yang dibutuhkan dimana adalah :

m

dT Cp dQ/dT





m

gr/kg 1000

kg/kmol 18,016

x kj/kmol 1735,342

kj/jam 252888,552



(36)

B8. Rotary Cooler (RC-01)

Udara Pendingin 5oC

CaCO3 CaCO3

MgCO3 MgCO3

NaCl (17) (18) NaCl

HCl 120oC 30oC HCl

MgCl2 MgCl2

CaCl2 CaCl2

H2O H2O

Mg(OH)2 Udara Pendingin Mg(OH)2

• Kondisi Masuk

- Alur masuk = Alur 17

- Komponen masuk = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2,Mg(OH)2

- Temperatur referensi = 25oC - Temperatur alur 17 = 120o_C

Pada Tabel LB.21 diketahui panas pada alur 17 pada 120o_{C adalah 59604,957} kJ/jam

• Kondisi Keluar

- Alur keluar = Alur 18

- Komponen keluar = CaCO3, MgCO3, NaCl, HCl, H2O, MgCl2, CaCl2, Ca(OH)2, Mg(OH)2

- Temperatur referensi = 25oC - Temperatur alur 18 = 30oC

(37)

Komponen m

(kg/jam)

n (kmol/jam)

∫Cp dT (kj/kmol)

CaCO3 8,256 0,082 486,449 40,125

MgCO3 0,335 0,004 353,548 1,403

NaCl 7,528 0,129 228,143 29,389

HCl 0,695 0,0191 436,943 8,330

MgCl2 1,020 0,011 385,740 4,133

CaCl2 918,625 8,277 355,769 2944,678

H2O 0,489 0,027 377,000 10,231

Ca(OH)2 8,563 0,116 447,500 51,716

Mg(OH)2 1,458 0,025 380,744 9,519

Jumlah 946,970 3099,524

dQ/dT = 3099,524 – 59604,957 = -56505,432 kJ/jam

Data operasi: a) Udara Tin = 5oC Tout = 600C

Hin = 0,01 kg H2O/kg udara (asumsi) b) Cairan Terlarut

Laju Alir = 946,970 kg/jam Tin = 120oC

Tout = 30oC

Neraca Panas

GH + LsHs= GH +LsH +Q

(38)

a) Entalpi Cairan Terlarut Hs= CpS(Ts-To)+XCpA(Ts-To)

Dimana :

Hs= Entalpi cairan terlarut, kJ/kg

CpS= Kalor jenis cairan terlarut, kJ/kgoC CpA= Kalor jenis air, kJ/kgoC

X = Kandungan kebasahan-bebas, massa air per satuan massa zat total Ts= Suhu cairan terlarut,oC

To= Suhu referensi,oC

i) Cairan Terlarut Masuk

Hsin= CpS(Tsin-To)+XCpA(Tsout-To)

= 0,663 (120 - 0) + 0,04 × 4,185 (120 - 0) = 99,596 kJ/kg

ii) Kristal Keluar

Hsout = CpS(Tsout-To)+XoutCpA(Tsout-To) = 0,663(30 - 0) + 0,04 × 4,185 (30 - 0) = 24,899 kJ/kg

b) Entalpi Udara :

HG= CS(TG-To) + Hλo Dimana :

HG= Entalpi udara, kJ/kg udara kering

H = Kelembaban udara, massa uap per satuan massa udara kering λo= Kalor laten air pada suhu referensi, kJ/kg

CS= Kalor lembab, 1,005 + 1,88H kJ/kgoC TG= Suhu cairan terlarut,oC

(39)

i) Udara Masuk

HGin = CSin(TGin-To) + Hinλo

= (1,005+1,88×0,01)×(5-0) + (0,01×2501,4) = 30,133 kJ/kg

ii) Udara Keluar

HGout = CSout(TGout-To) + Houtλo

= (1,005+1,88x0,01)×(60-0) + (0,01×2501,4) = 86,442 kj/kg

persamaan neraca panas:

G(30,133) + (946,970 ×86,442) = G(86,442) + (946,970 ×24,899) -59604,957 G = 2093,527 kg/jam udara

B9.Jet Compressor(JC-01)

(6) (22)

CO2(g) JC-01 CO2(l)

T1= 32oC T2= 35oC

P1= 1 atm P2= 15 atm

• Kondisi Masuk

- Alur masuk = Alur 6 - Komponen masuk = CO2 - Temperatur referensi = 25oC - Temperatur alur 6 = 32oC

Pada Tabel LB.10 diketahui panas pada alur 6 pada 32oC adalah 2055,786 kJ/jam

• Kondisi Keluar

(40)

Komponen m

(kg/jam)

n (kmol/jam)

∫Cp dT (kj/kmol)

CO2 360,973 8,202 386,767 3172,214

Jumlah 3172,214

(41)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

C.1 Gudang Penyimpanan Cangkang Kerang (GD-01)

Fungsi : Menyimpan bahan baku Cangkang kerang sebelum diproses Bentuk bangunan : Gedung berbentuk persegi-panjang ditutup atap

Bahan konstruksi : Dinding : beton Lantai : aspal Atap : asbes

Jumlah : 1 unit

Kondisi Penyimpanan :

Kondisi ruangan : Temperatur : 30°C Tekanan : 1 atm

Kebutuhan : 30 hari

Perhitungan Desain Bangunan :

Bahan baku cangkang kerang dimasukkan ke dalam karung besar. Digunakan 1ikatan/karung memuat 20 kg bahan baku cangkang kerang.

Diperkirakan bahan baku cangkang kerang terdapat ruang kosong berisi udara sebanyak 40%.

Densitas serbuk cangkang kerang = 2713,689 kg/m³ Jadi, 1 karung memuat :

Volume cangkang kerang =0,00737m³

kg/m³ 2713,689

kg 20



Volume udara = 40% (0,00737 m³) = 0,00295 m³ Volume total = 0,010 m³

Kebutuhan cangkang kerang = 836,489 kg/jam Banyak ikatan/karung yang perlu dalam 15 hari :

(42)

Diambil 15057 karung, maka :

Volume total karung tiap 15 hari = 15057 x 0,010= 155,359 m3

Faktor kosong ruangan = 20% dan area jalan dalam gudang = 20%; sehingga: Volume ruang yang dibutuhkan = (1,4) 155,359 = 217,503 m3

Bangunan diperkirakan dibangun dengan ukuran: Panjang (p) = lebar (l) = 2 x tinggi (t), sehingga:

V = p x l x t 217,503 = 2t.(2t).(t)

t = 3,789 m

Jadi ukuran bangunan gedung yang digunakan adalah : Panjang = 7,577 m

Lebar = 7,577 m Tinggi = 3,789 m

C.2Belt Conveyor(C-01)

Fungsi : mengangkut cangkang kerang menuju crusher (CH-01) Jenis :horizontal belt conveyor

Bahan konstruksi :carbon steel

Kondisi operasi : Temperatur = 30°C, Tekanan = 1 atm Jarak angkut : 10 m

Laju alir : 836,489 kg/jam = 0,232 kg/s Densitas : 2713,689 kg/m3

Perhitungan daya :

P = 0,0027 m0,82L (Peters & Timmerhaus, 1991) dengan : m = laju alir (kg/s)

L = jarak angkut (m) Maka : P = 0,0027 (0,232)0,8210

(43)

Belt conveyor Laju alir (kg/jam)

Densitas (kg/m3)

Daya (hp)

Daya Standart (hp)

C-01 0,232 2713,689 0,011 1/8

C-02 0,232 2713,689 0,011 1/8

C-03 0,023 2240,000 0,002 1/8

C-05 0,263 2161,778 0,012 1/8

C-06 0,263 2161,778 0,012 1/8

C-07 0,263 2161,778 0,012 1/8

C-08 0,263 2161,778 0,012 1/8

C.3Crusher(CH-01)

Fungsi : Menggiling cangkang kerang menjadi butir-butiran halus.

Jenis :roll crusher

Bahan konstruksi :Carbon steel

Jumlah : 1 unit

Kapasitas : 836,489 kg/jam = 0,232 kg/s Perhitungan daya :

Diperkirakan umpan cangkang kerang memiliki ukuran berkisar 10 – 30 mm, diambil ukuran (Da) = 25 mm. Pemecahan primer menggunakan roll crusherdengan ukuran produk yang dihasilkan ukuran (Db) = 0,15 mm

Rasio = Da/Db = 25/0,15 = 166,667

Daya yang digunakan adalah : (Peters & Timmerhaus, 1991) P = 0,3 ms. R, ms = laju umpan (kg/s)

Maka : P = 0,3 (0,233). 166,667 = 11,618 kW = 15,580 Hp Digunakan daya standar 20 Hp.

C.4 Tangki Penyimpanan HCl (T-01)

Fungsi : Untuk menyimpan Asam Klorida Bahan konstruksi :304 Stainless Steel

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jenis Sambungan : Double welded butt joints

(44)

Kondisi Operasi :

−Temperatur = 30oC

−Tekanan = 1 atm

−Faktor Kelonggaran = 20%

−Laju alir masuk (F) = 2016,827 kg/jam −Densitas Campuran = 1057 kg/m3 −Kebutuhan perancangan = 15 hari

Perhitungan :

a. Ukuran Tangki

Volume larutan (Vl) = (2016,827/ 1057) x 15 x 24 = 686,904 m3

Faktor kelonggaran = 20 % Volume tangki = V1 x 1,2

= 686,904 x 1,2 = 824,285 m3

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 1 : 1 Volume Silinder = π/4 x D2_{Hs = π/4 x D}3

Tutup tangki berbentuk ellipsoidal dengan rasio axis major terhadap minor 2 : 1, sehingga: tinggi head (Hh) = 1/6 x D (Brownel & Young, 1959) Volume tutup (Vh) ellipsoidal = π/4 x D2_Hh

= π/4 x D2(1/6 D) = π/24 x D3 Vt = Vs + Vh

Vt = (π/4 x D3) + (π/24 x D3) (Brownell & Young, 1959) Vt = 7π/24 x D3

Diameter tangki = 24Vt 7π

3

= 24 x 824,285 7π

3

=9,652 m = 380,003 in Tinggi silinder (Hs) = D = 9,652 m

Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/6 x D

(45)

b. Tekanan design

Tinggi bahan dalam tangki (Hc) = (Vl/Vt) x HT

= (686,904/824,285) x 11,261 = 9,384 m

Phidrostatik =ρ x g x Hc

= 1057 x 9,8 x 9,384 = 97204,992 Pa = 97,205 kPa

Po = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa

Faktor kelonggaran = 100%

Pdesign = (1+1) x (Phidrosatik + Po)

= 2 x (97,205 + 101,325)

= 397,060 kPa = 3,919 atm = 57,589 psi

c. Tebal dinding tangki (bagian silinder)

Direncanakan menggunakan bahan konstruksi 304 stainless steel (Peters & Timmerhaus, 1991), diperoleh data :

−Joint efficiency (E) : 0,85 −Allowable stress(S) : 18700 psia −Corrosion Allowance(CA) : 0,125 in/tahun −Umur alat (n) direncanakan : 10 tahun

−Tebal jaket (dt)  CAxn

P 0,6 -S.E

R x P

(Peters & Timmerhaus, 1991)

Dimana : d = tebal dinding tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (psi)

R = jari – jari dalam tangki (in) = D/2 S = Allowable working stress

CA = Corrosion allowance

n = umur alat yang direncanakan E = efisiensi sambungan

(46)

Dipilih tebal dinding standar = 2 in (Brownell & Young, 1959)

d. Tebal Dinding Head

Direncanakan menggunakan bahan konstruksi 304 stainless steel plate (Peters & Timmerhaus, 1991), diperoleh data :

P 0,2 -S.E 2

D x P

D = diameter tangki (in) S = Allowable working stress CA = Corrosion allowance

dt = 57,589 × 380,003 + (0,125 × 10) = 1,939 in 2 x 18700 × 0,85 − 0,2 × 57,589

Dipilih tebal dinding standar = 2 in (Brownell & Young, 1959)

C.5 Pompa HCl (P-01)

Fungsi : Untuk memompa asam klorida dari T-01 ke Tangki Pelarutan HCl (TP-01)

Jenis : Pompa sentrifugal

Jumlah : 1 unit

Bahan Konstruksi : Stainless Steel Kondisi Operasi:

−Tekanan = 1 atm

(47)

−Viskositas campuran = 1,7 cP = 0,001143 lbm/ft.s −Laju alir volumetrik Q = F/ρ = 0,371/74,289= 0,005 ft3/s

= 0,0001 m3/s Perhitungan:

a. Perencanaan Pompa

Untuk aliran turbulen (Nre >2100), (Peters & Timmerhaus, 1991) Di,opt= 0,363 × Q0,45× ρ0,13

Untuk aliran laminar ,

Di,opt = 0,133 ×Q0,4×μ0,2 (Peters & Timmerhaus, 1991) dengan : Di,opt= diameter optimum (m) ρ= densitas (kg/m3)

Q = laju volumetrik (m3/s) μ= viskositas (cP)

Diameter pipa ekonomis, Di,opt: Di,opt= 0,363 ×Q0,45×ρ0,13

= 0,363 (0,0001)0,45(1190)0,13 = 0,017 m = 0,664 in

Dari App. A.5-1, Geankoplis, 2003 dipilih pipa dengan spesifikasi:

• Ukuran pipa nominal = 1 in

• _Schedulepipa = 40

• Diameter dalam (ID) = 1,049 in = 0,087 ft = 0,027 m

• Diameter luar (OD) = 1,315 in = 0,110 ft = 0,033 m

• Luas penampang dalam (A_i) = 0,006 ft2

b. Pengecekan bilangan Reynold, NRE Kecepatan rata – rata, V:

V = Q/Ai = 0,005/0,006 = 0,831 ft/s

Bilangan Reynold, NRe= ρ v D = (74,289) (0,832) (0,087) = 4725,672

μ 0,001143

Untuk pipastainless steel, harga ε = 0,0000415 (Geankoplis, 2003) Pada NRE = 4725,672 dan ε/D = 0,0000415/0,027 = 0,002

(48)

c. Menentukan Panjang Ekivalen Total Pipa,ΣL Kelengkapan pipa (Foust, 1980):

−Panjang pipa lurus, L1 = 50 ft

−2 buah gate valve fully open (L/D= 13) L2 = 2 x 13 x 0,087 = 2,273 ft

−3 buah elbow standar 90oC (L/D = 30) L3 = 3 x 30 x 0,087 = 7,867 ft

−1 buah sharp edge entrance (K= 0,5; L/D= 32) L4 = 1 x 32 x 0,087 = 2,797 ft

−1 buah sharp edge exit (K=1 ; L/D= 65) L5 = 1 x 65 x 0,087 = 5,682 ft

ΣL = L1 + L2 + L3 + L4 + L5

= 50 + 2,273 + 7,867 + 2,797 + 5,682 = 68,620 ft

d. Menentukan Friksi,ΣF ΣF = (4 . f . V2_{. ΣL)/(2. gc. D)}

= (4 . 0,015 . 0,8312. 68,620)/(2 . 32,174 .0,087) = 4,001 ft.lbf/lbm

e. Kerja yang diperlukan, Wf Dari persamaan Bernoulli:

½ α gc (v22– v12) + g/gc (z2– z2) + (P2– P1)/ρ + Σ F + Ws = 0 Dimana v1= v2; Δv2= 0; P1= P2; ΔP = 0, Maka:

Tinggi pemompaan Δz = 10 m = 32,808 ft

0 + 32,174/32,174 (32,808) + 0 + 4,001 + Ws = 0

- Ws = 36,809 ft.lbf/lbm

f. Daya Pompa, WP Wp = - Ws. Q. ρ / 550

(49)

Efisiensi pompa 80%

Daya aktual motor = 0,025/0,8 = 0,031 hp

Digunakan pompa daya pompa standar 1/4 hp

C.6 Tangki Pelarutan HCl (TP-01)

Fungsi : Mencampurkan HCl dan H2O untuk membuat larutan HCl 30%

Jenis Konstruksi : Tangki berpengaduk dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi :Carbon steelSA-285 grade C

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

−Tekanan : 1 atm

−Temperatur : 30oC

−Faktor Kelonggaran : 20%

−Laju alir massa : 2016,827 kg/jam −Densitas campuran : 1057 kg/m3 −Viskositas campuran : 1,7 cP Perhitungan:

a. Volume Tangki

Volume larutan (Vl) = (2016,827 /1057) = 1,908 m3

Volume Tangki = (1+0,2) x Vl = 1,2 x 1,908 = 2,290 m3

b. Diameter dan Tinggi Tangki

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki: Hs : D = 1 : 1

Volume silinder =μ 4D

(50)

Tutup dan alas tangki berbentuk ellipsoidal dengan ellipsoidal dengan rasio axis

Diameter Tangki (D) = 12Vt

4π Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/6 x D

= 0,216 m

= (1,908/2,290) x 1,730 = 1,442 m

Phidrostatik = ρ x g x Hc

= 1057 x 9,8 x 1,442 = 14937 Pa = 14,937 kPa Po = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa

Pdesign = (1+0,2) x (Phidrosatik + Po)

= 1,2 x (14,937 + 101,325)

(51)

d. Tebal dinding tangki (bagian silinder)

Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Carbon steel SA-285 grade C (Peters & Timmerhaus, 1991), diperoleh data :

−Tebal silinder (dt) =  CAxn

D = Diameter tangki (in) S = Allowable working stress CA = Corrosion allowance

dt = 20,235 × 51,092 + (0,125 × 10) = 1,294 in 2x13700 × 0,85 − 0,2 × 20,235

Dipilih tebal dinding standar = 1 1/2 in (Brownell & Young, 1959)

e. Tebal dinding head

−Tebal silinder (dt)  CAxn

(52)

S = Allowable working stress CA = Corrosion allowance

dt = 20,235 × 51,092 + (0,125 × 10) = 1,294 in 2 × 13700 × 0,85 − 0,2 × 3,489

f. Pengaduk (impeller)

Jenis :flat six blade open turbine(turbin datar enam daun) Kecepatan putaran (N) : 60 rpm = 1 rps

Efisiensi motor : 80% (Peters & Timmerhaus, 1991) Pengaduk didesain dengan standar berikut:

Da : Dt = 1 : 3 (Geankoplis, 2003)

W : Da = 1 : 5 (Geankoplis, 2003)

C : Dt = 1 : 3 (Geankoplis, 2003)

4 Baffle : Dt / J = 12 (Geankoplis, 2003)

dimana : Da= diameter pengaduk Dt = diameter tangki W = lebar daun pengaduk

C = jarak pengaduk dari dasar tangki

Jadi:

 Diameter pengaduk (Da) : 1/3 x Dt = 1/3 x 1,298 = 0,433 m

 Lebar daun pengaduk (W) : 1/5 x Da = 1/8 x 0,433 = 0,054 m

 Tinggi pengaduk dari dasar (C) : 1/3 x Dt = 1/3 x 1,298 = 0,433 m

 Lebar baffle (J) : 1/12 x Dt = 1/12 x 1,298 = 0,108 m Daya untuk pengaduk :

Bilangan Reynold (NRe) =

Da2Nρ μ =

0,4332x1x1057

1,7/1000 =116349,497

(53)

P = Np x ρ x N3x Da5= 3 x 1057 x 13x 0,4335 = 48,033 Watt = 0,064 HP Effisiensi motor penggerak = 80%

Daya motor (Pm) =0,064_0,8 = 0,081 HP Digunakan daya 1/4 HP

C.7 Reaktor Asam (R-01)

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi pembentukan kalsium klorida dengan penambahan HCl

Jenis : Reaktor tangki berpengaduk

Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi :Carbon steelSA-285 grade C

Jenis pengaduk :flat 6 blade open turbine(turbin datar enam daun) Jenis sambungan :double welded butt joins

Jumlah baffle : 4 buah

Jumlah : 3 unit

Reaksi yang terjadi : CaCO3(s) + 2 HCl(aq) →CaCl2(s) + CO2(g) + H2O(l) Perhitungan:

a. Waktu Tinggal (τ) Reaktor XA = 0,99

CAO= 0,033

CA = CAO – (CAO x XA) = 0,033 – (0,033 x 0,99) = 0,000326 M

Asam klorida membutuhkan waktu 3 jam bereaksi dengan kalsium klorida untuk berubah menjadi kalsium klorida apabila kondisi operasi pada reaktor tercapai (William, dkk, 2002)

τ= 3 jam

b. Ukuran Reaktor V = τ . νcampuran

(54)

= 1994 liter = 1,994 m3

Volume larutan (VL) = 1,994 m3 Faktor kelonggaran = 20%

Volume tangki (VT) = ( 1 + 0,2 ). VL = 1,2 (1,994) = 2,393 m3

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (HS : DT = 1 : 1)

Volume silinder =μ 4D

2_H s=μ₄D3

majorterhadapminor2 : 1, sehingga tinggi head (Hh) = 1/6 D (Brownell & Young,1959)

Volume 2 tutup (Vh) ellipsoidal =μ₄D2Hsx 2 =μ₄D2 1₆D x 2 =₁₂μ D3 Vt = Vs + Vh

Vt =μ 4D

3₊ μ 12D

3

=4μ 12D

3

Diameter Tangki (D) =3 12V_4πt = 3 12 x 2,393_4π = 1,317 m = 51,849 in Tinggi silinder (Hs) = D = 1,317 m Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/6 x D

= 0,219 m

Tinggi tangki (HT) = Hs + (2 x Hh)

= 1,317 + (2 x 0,219) = 1,756 m

c. Tekanan Desain

Tinggi bahan dalam tangki = (Vl/VR) x HT

(55)

Phidrostatik = ρ x g x Hc

= 1432,193x 9,8 x 1,463 = 20538,273 Pa = 20,538 kPa Po = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa

= 1,2 x (20,538 + 101,325)

= 25,373 kPa = 0,25 atm = 3,68 psia

d. Tebal Dinding Reaktor (bagian silinder)

P 0,6 -S.E

R x P

dt = 3,680 × 51,849 + (0,125 × 10) = 1,258 in 13700 × 0,85 − 0,6 × 3,680

(56)

−Allowable stress(S) : 13700 psia −Corrosion Allowance(CA) : 0,125 in/tahun −Umur alat (n) direncanakan : 10 tahun

P 0,2 -2.S.E

D x P

dt = 3,680 × 51,849 + (0,125 × 10) = 1,258 in 2 × 13700 × 0,85 − 0,2 × 3,680

W : Da = 1 : 8 (Geankoplis, 2003)

C : Dt = 1 : 3 (Geankoplis, 2003)

4 Baffle : Dt / J = 12 (Geankoplis, 2003) dimana : Da= diameter pengaduk

Dt = diameter tangki W = lebar daun pengaduk

C = jarak pengaduk dari dasar tangki Jadi:

(57)

Da2Nρ μ =

0,4392x1x1432,193

1,7/1000 =162355,774

Darifigure3.4-4 (Geankoplis, 2003) dengan menggunakan kurva 2, untuk pengaduk jenisflat six blade open turbinedengan 4 baffle, diperoleh Np = 3,5

Maka,

P =Np x ρ x N3x Da5=3,5 x 1432,193 x 13x 0,4395 = 81,725 Watt = 0,110 HP Effisiensi motor penggerak = 80%

Daya motor (Pm) =0,110

0,8 = 0,137 HP Digunakan daya 1/4 HP

g. Jaket Pemanas

Dari neraca panas, jumlah steam pemanas yang diperlukan = 33,917 kg/jam Volume spesifik steam pada suhu 150oC adalah 1,94 m3/kg

Laju volumetrik steam=33,917 x 1,94

3600 =0,018 m 3_/s

Diameter dalam jaket (D1) = Diameter silinder + tebal silinder = 51,849 + 1,5

= 53,349 in = 1,355 m Ditetapkan jarak jaket (γ) = 5 in, sehingga : Diameter luar jaket (D2) = 2 γ + D1

= (2 . 5) + 53,349 = 63,349 in = 1,609 m Luas yang dilalui steam (A) = π/4 (D22– D12)

= 0,592 m2 Kecepatan superfisial air steam ( v )

v =Vp

A = 8,023

0,592=13,562 m/jam

Direncanakan menggunakan bahan konstruksiStainless steel plateSA-240 grade 314 (Peters & Timmerhaus, 1991), diperoleh data :

(58)

−Corrosion Allowance(CA) : 0,125 in/tahun −Umur alat (n) direncanakan : 10 tahun

P 0,2 -2S.E

D x

P _{(Peters & Timmerhaus, 1991)}

dt = 3,680 × 51,849 + (0,125 × 10) = 1,256 in 2 × 13700 × 0,85 − 0,2 × 3,680

C.8 Pompa Keluaran Reaktor Asam (P-02)

Fungsi : Untuk memompa hasil keluaran R-01 menuju ke Reaktor Penetral (R-02)

Jenis :Positive displacement (rotary pump)

Jumlah : 1 unit

Bahan Konstruksi :Commercial Steel Kondisi Operasi:

−Tekanan = 1 atm

−Laju alir massa = 2494,343 kg/jam = 1,526 lbm/s −Densitas campuran = 1432,193 kg/m3= 89,408 lbm/ft3 −Viskositas campuran = 1,7 cP = 0,001143 lbm/ft.s

−Laju alir volumetrik Q = F/ρ = 1,526/89,408=0,017 ft3/s= 0,0005 m3/s

Perhitungan pompa (P-02) analog dengan perhitungan pompa tangki penampungan HCl (P-01):

Spesifikasi:

(59)

• Ukuran pipa nominal = 2 in

• Luas penampang dalam (Ai) = 0,023 ft2

− Pengecekan bilangan Reynold, NRe Kecepatan rata – rata, V:

V = Q/Ai = 0,017/0,023 = 0,733 ft/s

μ 0,001143

Untuk pipa stainless steel, harga ε = 0,0000415 (Geankoplis, 2003) Pada Nre = 9877,385 dan ε/D = 0,0000415/0,053 = 0,001

Diperoleh harga faktor fanning, f = 0,008 − Menentukan Panjang Ekivalen Total Pipa, ΣL

Kelengkapan pipa (Foust, 1980): −Panjang pipa lurus, L1 = 80 ft

−1 buah sharp edge exit (K=1 ; L/D= 65) L5 = 1 x 65 x 0,172 = 11,196 ft ΣL = L1 + L2 + L3 + L4 + L5

= 80 + 4,478 + 20,670 + 5,512 + 11,196 = 121,856 ft

− Menentukan Friksi, ΣF

ΣF = (4 . f . V2. ΣL)/(2. gc. D)

(60)

− Kerja yang diperlukan, Ws Dari persamaan Bernoulli:

½ α gc (v22– v12) + g/gc (z2– z2) + (P2– P1)/ρ + Σ F + Ws = 0 Dimana v1= v2; Δv2= 0; P1= P2; ΔP = 0

Maka:

Tinggi pemompaan Δz = 10m = 32,81 ft

0 + 32,174/32,174 (32,81) + 0 + 5,800 + Ws= 0

− Daya Pompa, WP Wp = - Ws. Q. ρ / 550

= 38,608 x 0,017 x 89,408 /550 = 0,107 hp

Efisiensi pompa 80%

C.9 Gudang Penyimpanan Ca(OH)2 (GD-02)

Fungsi : Menyimpan bahan baku Ca(OH)2 sebelum diproses Bentuk bangunan : Gedung berbentuk persegi-panjang ditutup atap Bahan konstruksi : Dinding : beton

Lantai : aspal

Atap : asbes

Jumlah : 1 unit

Kondisi Penyimpanan:

Kondisi ruangan : Temperatur : 300C

Tekanan : 1 atm

Kebutuhan : 15 hari

(61)

Bahan baku Ca(OH)2 dimasukkan ke dalam karung besar. Digunakan 1 ikatan/karung memuat 20 kg bahan baku Ca(OH)2.

Diperkirakan bahan baku Ca(OH)2 terdapat ruang kosong berisi udara sebanyak 30%. Densitas campuran Ca(OH)2 = 2240 kg/m³

Jadi : 1 karung memuat :

Volume Ca(OH)2 = 20 kg = 0,009 m³ 2240 kg/m³

Volume udara = 30% (0,009 m³) = 0,003 m³ Volume total = 0,012 m³

Kebutuhan Ca(OH)2 = 16,772 kg/jam

Banyak ikatan/karung yang perlu dalam 1 minggu :

Jumlah ikatan/karung = 16,772 kg/jam x 24 jam/hari x 15 hari 20 kg/karung

= 301,897 karung Diambil 302 karung, maka :

Volume total karung tiap minggu = 302 x 0,012 = 3,505 m3

Faktor kosong ruangan = 20% dan area jalan dalam gudang = 20%; sehingga: Volume ruang yang dibutuhkan = (1,4) 3,505 = 4,908 m3

Bangunan diperkirakan dibangun dengan ukuran: Panjang (p) = lebar (l) = 1/2 x tinggi (t), sehingga:

V = p x l x t 4,908 = (1/2t).(1/2t).(t) t = 2,698 m

Jadi ukuran bangunan gedung yang digunakan adalah : Tinggi = 2,698 m

Lebar = 1,349 m Panjang = 1,349 m

C.10 Tangki Pelarutan Ca(OH)2 (TP-02)

Fungsi : Mencampurkan Ca(OH)2 dan H2O untuk membuat larutan Ca(OH)220%

(62)

Jumlah : 1 unit Kondisi operasi:

−Tekanan : 1 atm

−Temperatur : 30oC

−Laju alir massa : 83,860 kg/jam −Densitas campuran : 1124,500 kg/m3

−Viskositas campuran : 0,869 cP = 0,001 kg/m.s

Perhitungan Tangki Pelarutan Ca(OH)2 (TP-02) analog dengan cara perhitungan Tangki Pelarutan HCl (TP-01).

Spesifikasi:

−Volume larutan (Vl) = 0,075 m3 −Volume tangki = 0,089 m3

−Dt = 0,945 m

−Ht = 1,260 m

−Hc = 1,050 m

−Pdesign = 135,475 kPa = 19,649 psia

−CA = 0,125 in/tahun

−S = 13700 Psia

−E = 0,85

−N = 10

−dt = 1,281 in = 1 1/2 in

−dh = 1,281 in = 1 1/2 in

−Da = 0,315 m

−W = 0,039 m

−C = 0,315 m

−J = 0,079 m

−NRe = 128384,683

−Pm = 0,018 hp

−Digunakan motor = 1/8 hp

(63)

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi penetralan sisa asam dengan penambahan Ca(OH)2

Jenis : Reaktor tangki berpengaduk

Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi :Carbon steelSA-285 grade C

Jenis pengaduk :flat six blade open turbine(turbin datar enam daun) Jenis sambungan :double welded butt joins

Jumlah baffle : 4 buah

Jumlah : 4 unit

Reaksi yang terjadi : HCl(l) + Ca(OH)2(aq) → CaCl2(s) + H2O(l) Reaksi ini termasuk reaksi orde 1 ( Ana M.Fonsecaet all,1998)

Perhitungan: XA = 0,90 CAO= 0,030

CA = CAO– (CAOx XA) = 0,030 – (0,030 x 0,9) = 0,003M

Jadi nilai k adalah :

k = -ln 0,003 = 2,303 jam-1 0,030

-rA = k.CA

= 2,303 jam-1 x 0,003 M = 0,007 mol/liter.jam

τ = CAo .

= 0,030 . 0,9 0,007 = 3,909 jam = 4 jam

b. Ukuran Reaktor V = τ. ʋcampuran

(64)

= 38,79 liter = 0,039 m3 Volume larutan (VL) = 0,039 m3 Faktor kelonggaran = 20%

Volume reaktor (VR) = ( 1 + 0,2 ). VL = 1,2 (0,039) = 0,046 m3

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (HS : DT = 1 : 1)

Volume silinder =μ₄D2Hs=μ₄D3

major terhadap minor 2 : 1, sehingga tinggi head (Hh) = 1/6 D (Brownell & Young,1959)

Volume 2 tutup (Vh) ellipsoidal =

μ 4D

2_H sx 2 =μ₄D2 1₆D x 2 =₁₂μ D3 Vt = Vs + Vh

Vt =μ 4D

3₊ μ 12D

3

=4μ 12D

3

Diameter Tangki (D) =3 12V_4πt = 3 12 x 0,046_4π = 0,354 m

Tinggi silinder (Hs) = D = 0,354 m Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/6 x D

= 0,059 m Tinggi tangki (HT) = Hs + (2 x Hh)

= 0,354 + (2 x 0,059) = 0,472 m

c. Tekanan Desain

Tinggi bahan dalam tangki (Hc) = (Vl/VR) x HT

= (0,039/0,046) x 0,472 = 0,393 m

(65)

= 1248 x 9,8 x 0,393 = 4808,650 Pa = 4,809 kPa Po = Tekanan Operasi = 1 atm = 101,325 kPa

= 1,2 x (4,809 + 101,325) = 127,360 kPa = 18,472 psia

d. Tebal Dinding Reaktor (bagian silinder)

−Tebal silinder (dt) = P x R + CA xn (Peters & Timmerhaus, 1991) S.E – 0,6 P

dt = 18,472 × 13,931/2 + (0,125 × 10) = 1,261 in 13700 × 0,85 − 0,6 × 18,472

(66)

−Corrosion Allowance(CA) : 0,125 in/tahun −Umur alat (n) direncanakan : 10 tahun

P 0,2 -2S.E

D x

P _{(Peters & Timmerhaus, 1991)}

dt = 18,472 × 13,931 + (0,125 × 10) = 1,261 in 2 × 13700 × 0,85 − 0,2 × 18,472

W : Da = 1 : 8 (Geankoplis, 2003)

C : Dt = 1 : 3 (Geankoplis, 2003)

4 Baffle : Dt / J = 12 (Geankoplis, 2003) dimana : Da= diameter pengaduk

Dt = diameter tangki W = lebar daun pengaduk

C = jarak pengaduk dari dasar tangki Jadi:

(67)

Daya untuk pengaduk :

Da2Nρ μ =

0,1182x1x1248

4,048/1000 =4289,252

Darifigure3.4-4 (Geankoplis, 2003) dengan menggunakan kurva 2, untuk pengaduk jenisflat six blade open turbinedengan 4 baffle, diperoleh Np = 2,5

Maka,

P = Np x ρ x N3x Da5=2,5 x 1248 x 13x 0,1185 = 0,071 Watt = 0,000096 HP Effisiensi motor penggerak = 80%

Daya motor (Pm) =0,000096_0,8 = 0,0001194 HP Digunakan daya 1/4 HP

C.13 Pompa Keluaran Reaktor Penetral (P-03)

Fungsi : Untuk memompa hasil keluaran R-02 ke evaporator (EV-01) Jenis :Positive displacement (rotary pump)

Jumlah : 1 unit

Bahan Konstruksi : Commercial Steel Kondisi Operasi:

−Tekanan = 1 atm

−Laju alir massa = 2576,204 kg/jam = 1,579 lbm/s −Densitas campuran = 1244,501 kg/m3 = 77,695 lbm/ft3 −Viskositas campuran = 4,048 cP = 0,003 lbm/ft.s −Laju alir volumetrik Q = F/ρ = 1,579/77,695 = 0,02 ft3_/s

= 0,001 m3/s

Perhitungan pompa (P-03) analog dengan perhitungan pompa tangki penampungan HCl (P-01) :

Spesifikasi:

−Di,opt = 3 ×Q0,36×ρ0,18= 0,032 m = 1,257 in (Peters & Timmerhaus, 1991)

−Pipa (Geankoplis, 2003):

(68)

• Luas penampang dalam (Ai) = 0,014 ft2

− Pengecekan bilangan Reynold, NRE Kecepatan rata – rata, V:

V = Q/Ai = 0,020/0,014 = 1,436 ft/s

μ 0,001143

Untuk pipa stainless steel, harga ε = 0,0000415 (Geankoplis, 2003) Pada NRe = 5503,107 dan ε/D = 0,0000415/0,134 = 0,001

Diperoleh harga faktor fanning, f = 0,010 − Menentukan Panjang Ekivalen Total Pipa, ΣL