Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Asetaldol dari Asetaldehida Menggunakan Metode Alheritiere dan Gobron dengan Kapasitas 35.000 Ton Tahun

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Prarancangan pabrik pembuatan Asetaldol dilaksanakan untuk mendapatkan kapasitas produksi sebesar 35.000 ton/tahun, dengan ketentuan sebagai berikut: 1 tahun operasi = 330 hari kerja

1 hari kerja = 24 jam Basis = 1 jam operasi

Maka kapasitas produksi Asetaldol tiap jam adalah:

jam 24

hari 1 x hari 330

tahun 1 x ton 1

kg 1000 x tahun 1

ton 35.000 

kg/jam 4419,192



REAKTOR (R-01) MIXER

(M-01) Air

NETRALIZER (N-01)

CRYSTALLIZER (CR-01)

DRYER (D-01)

MIXER (M-02) NaOH

Na2SO4

H2SO4

Air Asetaldehida

1

2

3

4

5

6 ₇

8

9 10

11

13

11 FLASH DRUM (FD-01)

14

15 FLASH DRUM (FD-02)

Air

Asetaldol 16

17

H2O

12

(2)

Tabel LA-1 Data Komponen

Senyawa Rumus molekul Titik didih,oC BM Asetaldehida CH3CHO

21 44

Air H2O 100 18

Asetaldol C4H8O2 162,2 88

Natrium

hidroksida NaOH 40

Asam sulfat H2SO4 98

Natrium

sulfat Na2SO4 142

Diketahui data:

1. Produk asetaldol yang diinginkan memiliki kemurnian 99% 2. Konversi asetaldol dibatasi 55%

3. Perbandingan asetaldehida dan larutan NaOH 0,65% yang masuk reaktor = 6,25 : 2

4. Komposisi umpan NaOH : NaOH = 0,65%

Air = 99,35%

(Alheritiere dan Gobron, 1955) 5. Komposisi umpan segar Asetaldehida:

Asetaldehida = 99,7%

Air = 0,3%

(3)

A.1 Reaktor (R-101)

Analisa Derajat Kebebasan Reaktor (R-101) Σ Variabel alur : 8 + 1

Σ Persamaan TTSL : 3 Spesifikasi :

- Komposisi : 4 - Laju alir : 1 Hubungan Pembantu

- Konversi : 1 - Perbandingan : 1

10 Derajat Kebebasan : - 1

kg/jam 4375 kg/jam

4419,192 99%

F_C7_H_O

2 8

4   

jam kgmol 49,716

kg 88

kgmol 1 jam

kg 4375 N7_C_H_O

2 8

4   

Reaksi :

2CH3CHO

CH3CHCH2CHO

M 5

CHO CH3

N -

B 99,432 kgmol/jam 49,716 kgmol/jam

S ₍ 5

CHO CH3

N – 99,432) kgmol/jam 49,716 kgmol/jam

CH3CHO

NaOH C4H8O2

H2O

NaOH H2O

5

CH3CHO

H2O

7 6

OH OH-

(4)

(5)

Tabel LA-2 Komponen-Komponen yang Masuk dan Keluar Reaktor (R-101) Komponen Massa Masuk Massa Keluar

5 (kg/jam) 6 (kg/jam) 7 (kg/jam)

CH3CHO 7954,54 0 3579,532

H2O 23,935 2528,90 2552,843

C4H8O2 0 0 4375

NaOH 0 16,545 16,545

H2SO4 0 0 0

Na2SO4 0 0 0

Total 7978,475 2545,445 10523,92 10523,92

A.2 Mixer I (M-101)

Analisa Derajat Kebebasan Mixer I (M-101) Σ Variabel alur : 5

- Konversi : - - Perbandingan : -

Alur 6

kg/jam 90 , 28 5 2 F

kg/jam 545 , 16 F

6 O H

6 NaOH

2  

H2O

NaOH H2O

6 2

1

MIXER

(6)

Alur 2

kg/jam 056 , 1 545 , 16 0,94 0,06 F

kg/jam 545 , 16 F

F

2 O H

6 NaOH 2

NaOH

2   

 

Alur 1

kg/jam 2527,844 kg/jam

1,056) -90 , 28 5 2 ( F -F

F_H1 _O _H6 _O _H2 _O 2 2

2   

Tabel LA-3 Komponen-Komponen yang Masuk dan Keluar Mixer I (M-101) Komponen Massa Masuk Massa Keluar

CH3CHO 0 0 0

H2O 2527,844 1,056 2528,90

C4H8O2 0 0 0

NaOH 0 16,545 16,545

H2SO4 0 0 0

Na2SO4 0 0 0

(7)

A.3 Netralizer (R-102)

Analisa Derajat Kebebasan Netralizer (R-102) Σ Variabel alur : 10 +1

- Konversi : 1 - Perbandingan : -

11 Derajat Kebebasan : 0

Alur 7

kgmol/jam 0,414

kg 40

kgmol 1 jam

kg 16,545 N

kg/jam 16,545

F

7 NaOH 7 NaOH

 

 

kg/jam 843 , 2552 F

kg/jam 375 4 F

kg/jam 3579,532 F

7 O H

7 O H C

7 CHO CH

2 2 8 4

3

  

Reaksi:

2NaOH + H2SO4 ⟶ Na2SO4 + 2H2O

0,414 ~ 0,207 ~ 0,207 ~ 0,414

CH3CHO

Na2SO4

C4H8O2

H2O

H2SO4

H2O

CH3CHO

NaOH C4H8O2

H2O

NETRALIZER

(R-102) 7

8

(8)

Alur 8

Tabel LA-4 Komponen-Komponen yang Masuk dan Keluar Netralizer (R-102) Komponen Massa Masuk Massa Keluar

(9)

A.4 Mixer II (M-102)

Analisa Derajat Kebebasan Mixer II (M-102) Σ Variabel alur : 5

(10)

Tabel LA-5 Komponen-Komponen yang Masuk dan Keluar Mixer II (M-02) Komponen Massa Masuk Massa Keluar

CH3CHO 0 0 0

H2O 180,471 1,068 181,539

C4H8O2 0 0 0

NaOH 0 0 0

H2SO4 0 20,286 20,286

Na2SO4 0 0 0

Total 180,471 21,354 201,825 201,825

A.5 Crystallizer (CR-101)

Analisa Derajat Kebebasan Crystallizer (CR-101) Σ Variabel alur : 9

Na2SO4

H2O

CH3CHO

C4H8O2

H2O

CH3CHO

Na2SO4

C4H8O2

H2O

11 10 9

CRYSTALLIZER

(11)

Alur 9

Tabel LA-6 Komponen-Komponen yang Masuk dan Keluar Crystallizer (CR-101) Komponen Massa Masuk Massa Keluar

(12)

A.6 Spray Dryer (D-101)

Analisa Derajat Kebebasan Dryer (D-101) Σ Variabel alur : 5

Alur 10

kg/jam 547

, 1 F

kg/jam 29,394 F

10 O H 10

SO Na

2 4 2

 

Alur 13

kg/jam 148 , 0 kg/jam 29,394 0,995

0,005

F

kg/jam 29,394 F

F

13 O H

10 SO Na 13

SO Na

2

4 2 4 2

 



 

Alur 12

kg/jam 1,399

kg/jam )

148 , 0 547 , 1 ( F -F

F_H12_O _H10_O _H13_O 2 2

2    

13 12

10

H2O

SPRAY DRYER

(D-101) Na2SO4

H2O

Na2SO4

(13)

Tabel LA-7 Komponen-Komponen yang Masuk dan Keluar Spray Dryer (D-101) Komponen Massa Masuk Massa Keluar

CH3CHO 0 0 0

H2O 1,547 1,399 0,148

C4H8O2 0 0 0

NaOH 0 0 0

H2SO4 0 0 0

Na2SO4 29,394 0 29,394

Total 30,941 1,399 29,542

30,941

A.7 Flash Drum I (FD-101)

Analisa Derajat Kebebasan Flash Drum I (FD-101) Σ Variabel alur : 7

C4H8O2

H2O

0,003

X

0,997 X

14 O H 14

CHO CH

2 3

 

CH3CH

O C4H8O2

H O

15 14

FLASH DRUM

(14)

Diketahui :

kg/jam 375 4 F

kg/jam 3579,532 F

kg/jam 272 , 740 2 F

11 O H C 11

CHO CH 11

O H

2 8 4

3 2

  

Alur 14

kg/jam 3579,532

F

F_CH14 _CHO _CH11 _CHO 3

3  

kg/jam 771 , 10 3579,532 0,997

0,003 F_H14_O

2   

Alur 15

kg/jam 4375

F F_C15_H_O _C11_H_O

2 8 4 2 8

4  

kg/jam 501 , 2729 10,771

-40,272 7 2 F F

F_H15_O _H11_O _H14_O 2 2

2    

Tabel LA-8 Komponen-Komponen yang Masuk dan Keluar Flash Drum I (FD-01) Komponen Massa Masuk Massa Keluar

CH3CHO 3579,532 3579,532 0

H2O 2740,272 10,771 2729,501

C4H8O2 4375 0 4375

NaOH 0 0 0

H2SO4 0 0 0

Na2SO4 0 0 0

(15)

A.8 Flash Drum II (FD-102)

15 FLASH DRUM

(FD-102)

Air

Asetaldol 16

17

Analisa Derajat Kebebasan Flash Drum II (FD-102) Σ Variabel alur : 5

6 Derajat Kebebasan : - 1 Alur 15

kg/jam 375

4 F_C15_H_O

2 8

4 

kg/jam 29,501 7 2 F_H15_O

2 

Alur 17

Produk asetaldol yang diinginkan memiliki kemurnian 99% ⟶ X17_C_H_O 0,99 2

8

4 

kg/jam 4375

F

F_C17_H_O _C15_H_O 2 8 4 2 8

4  

kg/jam 44,192 4375

99 , 0

01 , 0 F_H17_O

2   

Alur 16

kg/jam 2685,309

kg/jam 44,192)

-501 , 729 2 ( F F

F_H16_O _H15_O _H17_O 2 2

2    

H2O

C4H8O2

H2O

C4H8O2

(16)

Tabel LA-9 Komponen-komponen yang Masuk dan Keluar Flash Drum II (FD-102) Komponen Massa Masuk Massa Keluar

CH3CHO 0 0 0

H2O 2729,501 2685,309 44,192

C4H8O2 4375 0 4375

NaOH 0 0 0

H2SO4 0 0 0

Na2SO4 0 0 0

(17)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

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

Basis temperatur : 25oC = 298 K

Neraca panas menggunakan rumus-rumus sebagai berikut: - Perhitungan panas untuk bahan dalam padat dan cair

dT Cp N Q

T

K 298 i

o





- Perhitungan panas penguapan

VL

V N.H

Q 

B.1 Data-Data Kapasitas Panas, Panas Perubahan Fasa, dan Panas Reaksi Komponen

B.1.1 Data-Data Kapasitas Panas Komponen

Tabel LB-1 Data Kapasitas Panas Komponen (CpX,T = a + bT + cT2 + dT3 + eT4)

(J/mol.K)

Senyawa a b c D e

CH3CHO (l) 16,8842 0,810208 -0,000308085 4,42590E-06 -

CH3CHO (g) 24,5377 0,076013 1,36254E-04 -1,99942E-07 7,59551E-11

H2O (l) 18,2964 0,472118 -0,000133878 1,31424E-06 -

H2O (g) 34,0471 -0,00965064 3,29983E-05 -2,04467E-08 4,30228E-12

(Sumber : Reklaitis, 1983).

B.1.2 Perhitungan Kapasitas Panas dengan Metode Hurst and Harrison dan Metode Missenard

Perhitungan estimasi CPs (J.mol-1K-1) dengan menggunakan metode Hurst and Harrison dengan rumus : Cp =





n

i1

Ni ∆Ei, di mana kontribusi elemen atomnya

(18)

Tabel LB-2 Nilai Elemen Atom pada Perhitungan Cp dengan Metode Hurst and Harrison

Elemen Atom ∆E

H 7,56

O 13,42

Na 26,19

S 12,36

(Sumber : Perry & Green, 1999)

 NaOH

Cp = ∆ENa+ ∆EO + ∆EH

= 26,19 + 13,42 + 7,56 = 47,17 J/mol.K

 Na2SO4

Cp = 2(∆ENa) + ∆ES+ 4(∆EO)

= 2(26,19) + 12,36 + 4(13,42) = 118,42 J/mol.K

 H2SO4

Cp = 2(∆EH) + ∆ES + 4(∆EO)

= 2(7,56) + 12,36 + 4(13,42) = 81,16 J/mol.K

Tabel LB-3 Nilai Gugus pada Perhitungan Cpdengan metode Missenard

Gugus Harga (J/mol.K)

CH3 41,6

CH

24,9

OH 43,9

CH2 28,2

CO 43,5

H 14,6

Cp C4H8O2 = 196,7

(19)

B.1.3 Data Kapasitas Panas Senyawa Berdasarkan %Mol

Tabel LB-4 Kapasitas Panas NaOH Berdasarkan % Mol pada 20oC % Mol NaOH Cp, kal/goC

0 1,0

0,5 0,985

1 0,97

9,09 0,835

16,7 0,80

28,6 0,784

37,5 0,782

(Sumber : Perry & Green, 1999)

Tabel LB-5 Kapasitas Panas H2SO4 Berdasarkan % Mol pada 20oC % Mol H2SO4 Cp, kal/goC

2,65 0,9762

3,50 0,9688

5,16 0,9549

9,82 0,9177

15,36 0,8767

21,40 0,8339

22,27 0,8275

(20)

B.1.4 Data-Data Panas Pembentukan Komponen pada suhu 298 K (∆Hof(298 K))

Tabel LB-6 Data Panas Pembentukan Komponen pada suhu 298 K Senyawa ∆Hof(298 K), kJ/mol

CH3CHO(g) -166,190

NaOH(s) -425,609

NaOH(aq) -469,415

H2SO4(l) -813,989

Na2SO4(c) -330,5

Na2SO4(aq) -1104,9944

H2O(g) -241,8264

H2O(l) -285,84

(Sumber: Smith, dkk, 1996; Perry & Green, 1999)

B.1.5 Estimasi Data Panas Pembentukan Asetaldol dengan Metode Joback

Tabel LB-7 Panas Pembentukan Asetaldol dengan Metode Joback Gugus Harga (kJ/mol)

CH3 -76,45

CH

29,89

OH -208,04

CH2 -26,80

O=C H -162,03

∆Hof C4H8O2 = -443,43

(21)

B.2 Perhitungan Neraca Panas Masing-Masing Alat

B.2.1 Mixer I (M-101)

Neraca Panas Masuk Mixer I (M-101)

Tabel LB-8 Perhitungan Panas Masuk Mixer I (M-101) Alur Komponen

(i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,15

303

15 , 298

kJ/kmol

dT Cp N

Q_i  _{sen ya wa}



15 , 303

15 , 298

kJ/jam

1 H2O 140,4358 919,2706 129098,4817

2 NaOH 0,4136 235,8500 97,5535

H2O 0,0587 919,2706 53,9305

Qin,total = 129.249,9657

Neraca Panas Keluar Mixer I (M-101)

% 29 , 0 % 100 140,4944 0,4136

0,4136 NaOH

M ol %

kmol/jam 4944

, 140 18

2528,90 N

kmol/jam 0,4136

40 16,545 N

6 H 6 NaOH

2 O

 

 

 

Diinterpolasi dari tabel LB-4, diperoleh : Cp NaOH 0,29% mol = 0,9913 kal/goC = 4,1477 kJ/kgoC

Mixer bersifat adiabatis, sehingga: Qin = Qout

129.249, 9657 = 2545,445 . 4,1477 . (Tout– 20)

(Tout– 20) = 12,24

Tout = 32,24oC

T = Tout

T = 30oC

T = 30oC NaOH

H2O

2 6 NaOH

H2O

1

MIXER

(22)

B.2.2 Heater I (HE-101)

Neraca Panas Masuk Heater I (HE-101)

Tabel LB-9 Perhitungan Panas Masuk Heater I (HE-101) Alur Komponen

(i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,39

305

15 , 298

kJ/kmol

dT Cp N

Qi  sen ya wa



39 , 305

15 , 298

kJ/jam

5a NaOH 0,4136 341,0391 141,0623

H2O 140,4944 1335,3299 187.606,4325

Qin,total = 187.747,4947

Neraca Panas Keluar Heater I (HE-101)

Tabel LB-10 Perhitungan Panas Keluar Heater (HE-101) Alur Komponen

(i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,15

318

15 , 298

kJ/kmol

dT Cp N



15 , 318

15 , 298

kJ/jam

5 NaOH 0,4136 943,4000 390,2138

H2O 140,4944 3791,1752 532.639,0535

Qout,total = 533.029,2673

dQ/dT = Qout,total - Qin,total = (533.029,2673 – 187.747,4947) kJ/jam

= 345.281,7726 kJ/jam

Heater menggunakan steam uap panas sebagai media pemanas yang masuk pada suhu 1200C dan tekanan 1,96 atm, kemudian keluar sebagai kondensat pada suhu 1200C dan tekanan 1,96 atm.

T = 32,24oC _{T = 45}o

C Kondensat

T = 120oC P = 1,96 atm

5 5a

Steam T = 120oC P = 1,96 atm

NaOH H2O

NaOH

H2O HEATER I

(23)

Steam yang diperlukan adalah:

kg/jam 156,7895

kJ/kg 2202,2

kJ/jam 26 345.281,77

) 120 ( dQ/dT ms

  

C o



B.2.3 Heater II (H-102)

Neraca Panas Masuk Heater II (HE-102)

Tabel LB-11 Perhitungan Panas Masuk Heater II (HE-102) Alur Komponen

(i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,15

312

15 , 298

kJ/kmol

dT Cp N



15 , 312

15 , 298

kJ/jam

6a CH3CHO 180,7850 775,5139 140.201,2804

H2O 1,3297 1,3980 1,8590

Qin,total = 140.203,1394

Neraca Panas Keluar Heater II (HE-102)

Tabel LB-12 Perhitungan Panas Keluar Heater II (HE-102) Alur Komponen (i) Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,15

318

15 , 298

kJ/kmol

dT Cp N



15 , 318

15 , 298

kJ/jam

6 CH3CHO 180,7850 1114,6700 201.519,2317

H2O 1,3297 3791,1755 5041,2103

Qout,total = 206.560,4420

T = 39oC _{T = 45}o

C Kondensat

T = 120oC P = 1,96 atm

6 6a

CH3CH

O CH3CHO

H2O HEATER II

(24)

dQ/dT = Qout,total - Qin,total = (206.560,4420 – 140.203,1394) kJ/jam

= 66.357,3026 kJ/jam

Heater menggunakan steam uap panas sebagai media pemanas yang masuk pada suhu 1200C dan tekanan 1,96 atm, kemudian keluar sebagai kondensat pada suhu 1200C dan tekanan 1,96 atm.

kg/jam 30.1323

kJ/kg 2202,2

kJ/jam 6 66.357,302

) 120 ( dQ/dT m_s

  

C o



B.2.4 Reaktor (R-101)

Reaksi yang terjadi:

2CH3CHO

CH3CHCH2CHO

Perhitungan panas reaksi:

∆Hr(298,15 K) = ∆Hof,Asetaldol–∆Hof,Asetaldehida

= -443,43 – (-166,190)

= -277,24 kJ/mol = -277.240 kJ/kmol

Air pendingin 60oC Air pendingin 30oC

NaOH H2O

T = 45oC

CH3CHO

NaOH C4H8O2

H2O

6 CH3CHO

H2O

7

5 REAKTOR

(R-101)

OH OH-

T = 45oC

(25)

Neraca Panas Masuk Reaktor (R-101)

Tabel LB-13 Perhitungan Panas Masuk Reaktor (R-101) Alur Komponen

(i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,15

318

15 , 298

kJ/kmol

dT Cp N

Qi  sen ya wa



15 , 303

15 , 298

kJ/jam

6 CH3CHO 154,9587 1114,67 172.727,8141

H2O 1,1398 3791,1755 4321,1818

5 NaOH 0,35455 943,4 334,4825

H2O 120,4242 3791,1755 456.549,2766

Qin,total = 633.932,755

Neraca Panas Keluar Reaktor (R-101)

Tabel LB-14 Perhitungan Panas Keluar Reaktor (R-101) Alur Komponen

(i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,15

318

15 , 298

kJ/kmol

dT Cp N



15 , 303

15 , 298

kJ/jam

7

CH3CHO 69,7314 1114,67 77.727,4996

C4H8O2 42,6136 3934 167.641,9024

NaOH 0,35455 943,4 334,4825

H2O 121,564 3791,1755 460.870,4585

Qout,total = 706.574,345

Neraca Energi Bahan Total

dQ/dT = - ∆Hr .r + (Qout,total - Qin,total)

= (-277.240 × 85,227) + (706.574,343 – 633.932,755) = -23.555.691,89 kJ/jam

Neraca Energi Air Pendingin

Air pendingin yang digunakan masuk pada suhu 30oC dan keluar pada suhu 60oC. ∆Hair = Cpair dT 5920,6843kJ/kmol 106.572,3174kJ/kg

333,15

303,15

 

(26)

Massa air pendingin yang dibutuhkan:

Neraca Panas Masuk Mixer II (M-102)

Tabel LB-15 Perhitungan Panas Masuk Mixer II (M-102) Alur Komponen

(i)

Neraca Panas Keluar Mixer II (M-102)

(27)

Mixer bersifat adiabatis, sehingga: Qin = Qout

9355,3042 = 201,825 . 4,1077 . (Tout– 20)

(Tout– 20) = 11,28

Tout = 31,28oC

B.2.6 Netralizer (R-102)

Reaksi yang terjadi :

NaOH + H2SO4⟶ Na2SO4 + H2O

Perhitungan panas reaksi:

∆Hr(298,15 K) = ∆Hof, Na₂SO₄ + ∆H

o

f, H₂O –∆H

o

f, NaOH –∆Hof, H₂SO₄

= -1104,9944 + (-285,84) – (-469,415) – (-813,989) = -107,4304 kJ/mol = -107.430,4 kJ/kmol

Neraca Panas Masuk Netralizer (R-102)

Tabel LB-16 Perhitungan Panas Masuk Netralizer (R-102) Alur Komponen

(i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,15

318

15 , 298

kJ/kmol

dT Cp N

Qi  sen ya wa



15 , 303

15 , 298

kJ/jam

7

CH3CHO 81,3530 1114,6700 90.681,7485

C4H8O2 49,7159 3934,0000 195.582,3864

NaOH 0,4136 943,4000 390,2138

H2O 141,8246 3791,1755 537.681,9909

7 T = 45oC

9 T = ? 8

T = 31,28oC

CH3CH

O Na2SO4

C4H8O2

H O CH3CH

O NaOH C4H8O2

H O

NETRALIZER

(R-102) H2SO 4

(28)

dT Cp



,43

304

15 , 298

kJ/kmol

dT Cp N

Qi  sen ya wa



43 , 304

15 , 298

kJ/jam

8 H2SO4 0,1773 0.2070 495.0760

H2O 8,6357 10.0855 1124.0348

Qin,total = 835.755,2733

Neraca Panas Keluar Netralizer (R-102) Panas masuk = panas keluar + akumulasi

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

dQ/dT = ∆Hr.r + (Qout,total– Qin,total)

0 = ∆Hr.r + (Qout,total– Qin,total)

Qin,total - ∆Hr. r = Qout,total

835.775,2733 – (-107.430,4 × 0,177) = Nsen ya wa



Cp dT T

15 , 298

854.790,4541 = 69,7314 Cp dT

T

298,15

CHO CH₃



+ 42,6136 Cp dT

T

298,15 O H C₄ ₈ ₂



+

0,1773 Cp dT

T

298,15 SO Na₂ ₄



+ 130,5542 Cp dT

T

298,15 O H₂



Diiterasi dan diperoleh T = 62,2oC

B.2.7 Crystallizer (CR-101)

Air pendingin 30oC

T=32,4oC

Na2SO4 (s)

H2O

CH3CH

O C4H8O2

H2O

CH3CHO

Na2SO4 (aq)

C4H8O2

H O ₁₁

10 9

CRYSTALLIZER

(CR-101) T=62,2oC

Air pendingin 60oC

(29)

Diketahui: Titik lebur Na2SO4.8H2O adalah 32,4oC (Fisher Scientific, 2009).

Panas peleburan Na2SO4 adalah 200,8 kJ/mol = 200.800 kJ/kmol

(Wikipedia, 2012).

Neraca Panas Masuk Crystallizer (CR-101)

Tabel LB-17 Perhitungan Panas Masuk Crystallizer (CR-101) Alur Komponen

(i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,35

335

15 , 298

kJ/kmol

dT Cp N

Qi  sen ya wa



35 , 335

15 , 298

kJ/jam

9

CH3CHO 81,3530 2105,4593 171.285,4304

C4H8O2 49,7159 7305,4380 363.196,4915

H2O 152,3233 7289,7853 1.110.403,9912

Na2SO4 0,2070 4398,1188 910,4106

Qin,total = 1.645.796,3237

Neraca Panas Keluar Crystallizer (CR-101)

Tabel LB-18 Perhitungan Panas Keluar Crystallizer (CR-101) Alur Komponen

(i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,55

305

15 , 298

kJ/kmol

dT Cp N



15 , 303

15 , 298

kJ/jam

10 Na2SO4 0,2070 876,3080 181,3958

H2O 0,0859 1367,2015 117,5034

11

CH3CHO 81,3530 407,1996 33.126,9091

C4H8O2 152,3233 1455,5800 221.718,7167

H2O 152,2373 1367,2015 208.139,1105

Qout,total = 463.283,6353

dQ/dT = -∆Hfus.r + (Qout,total– Qin,total)

(30)

333,15

303,15

 



air H

dT dQ m

 

3174 , 572 , 106

55283 1.218.114,

-m

m = 11,4299 kg/jam

B.2.8 Spray Dryer (D-101)

Neraca Panas Masuk Spray Dryer (D-101)

Tabel LB-19 Perhitungan Panas Masuk Spray Dryer (D-101) Alur Komponen

(i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,55

305

15 , 298

kJ/kmol

dT Cp N

Qi  sen ya wa



55 , 305

15 , 298

kJ/jam

10 H2O 0,2070 1367,2015 283,0107

Na2SO4 _0,0859 _876,3080 _75,3138

Qin,total = 358,3245

1

T=105oC

T=32,4o C

1

1 DRYER

(D-101) Na2SO4

H2O

Na2SO4

H2O

Superheated steam T = 200oC, 1 atm

Superheated Steam

T = 150oC, 1 atm T=105

o

(31)

Neraca Panas Keluar Spray Dryer (D-101)

Tabel LB-20 Perhitungan Panas Keluar Spray Dryer (D-101) Alur Komponen

(i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,15

378

15 , 298

kJ/kmol

dT Cp N

Qi  sen ya wa



15 , 378

15 , 298

kJ/jam

12 H2O _0,0777 _2706,4572 _210,3519

13 Na2SO4 0,2070 9473,6000 1961,0352

H2O

0,0082 2706,4572 22,2531

Qout,total = 2193,6402

dQ/dT = Qout,total– Qin,total

= 2193,6402 – 358,3245 = 1835,3157 kJ/jam

Steam yang digunakan adalah superheated steam pada 1 atm, 200oC kemudian keluar

pada 1 atm, 150oC Dari Reklaitis, 1983:

H (150oC) = 2776 kJ/kg H (200oC) = 2875 kJ/kg

Massa superheated steam yang dibutuhkan:

steam H

dT dQ m

 

) 2776 2875

(

1835,3156 m

 

(32)

B.2.9 Heater III (HE-103)

Tabel LB-21 Neraca Massa Masuk dan Keluar Flash Drum I (FD-101)

(33)

P asetaldol :

Tabel LB-23 Tabulasi Trial 1 Suhu Flash Drum I (FD-101)

Komponen xi Ki = Pi/Pt

Asetaldehid 0,2872 5,7347 0,6950

Air 0,5373 0,4675 0,2969

Asetaldol 0,1755 0,0387 0,0094

(34)

Tabel LB-24 Tabulasi Trial 2 Suhu Flash Drum I (FD-101)

) 1 ( 1 _i 

i i

K K z



Asetaldehid 0,2872 5,7277 0,6948

Air 0,5373 0,4665 0,2964

Asetaldol 0,1755 0,0386 0,0094

1,0006 1

) 1 (

1  



_i

i i i

K K z



Maka, untuk mencapai komposisi yang diinginkan, suhu flash drum I (FD-101) diatur pada suhu 79,95oC

Suhu flash drum I (FD-101) diatur pada suhu 79,95oC, sehingga:

Neraca Panas Masuk Heater III (HE-103)

Tabel LB-25 Perhitungan Panas Masuk Heater III (HE-103) Alur Komponen

(i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,5 5

3 0 5

1 5 , 2 9 8

kJ/kmol

dT Cp N

Qi  sen ya wa



?

15 , 298

kJ/jam

11a

CH3CHO 81,3530 407,1996 33126,9091

H2O 152,2373 1367,2015 208139,1105

C4H8O2 49,7159 1455,5800 72365,4830

Qin,total = 313.631,5025 T = 32,4oC

CH3CHO

H2O

C4H8O2

T = 79,95oC Kondensat

T = 120oC P = 1,96 atm

11 11

a CH3CHO

H2O

C4H8O2 HEATER III

(35)

Neraca Panas Keluar Heater III (HE-103)

Tabel LB-26 Perhitungan Panas Keluar Heater III (HE-103) Alur Komponen

(i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,1

353

15 , 298

kJ/kmol

dT Cp N

Qi  sen ya wa



1 , 353

15 , 298

kJ/jam

11 CH3CHO 81,3530 3169,6694 257.862,1147

H2O 152,2373 11.182,3282 1.702.367,8256

C4H8O2 49,7159 10.808,6650 537.362,6065

Qout,total = 2.497.592,5469

dQ/dT = Qout,total - Qin,total = (2.497.592,5469 – 313,631,5025) kJ/jam

= 2.183.961,0444 kJ/jam

Heater menggunakan steam uap panas sebagai media pemanas yang masuk pada suhu 1200C dan tekanan 1,96 atm, kemudian keluar sebagai kondensat pada suhu 1200C dan tekanan 1,96 atm,

kg/jam 991,7178

kJ/kg 2202,2

kJ/jam 0444 2.183.961,

) 120 ( dQ/dT m_s

  

C o



B.2.10 Flash Drum I (FD-101)

T = 79,95oC

T = 79,95oC T = 79,95oC

CH3CH

O H2O

11

C4H8O2

H2O

CH3CHO

C4H8O2

H2O

15 14

FLASH DRUM I

(36)

Neraca Panas Masuk Flash Drum I (FD-101)

Tabel LB-27 Perhitungan Panas Masuk Flash Drum I (FD-101) Alur Komponen

(i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,1

353

15 , 298

kJ/kmol

dT Cp N

Qi  sen ya wa



1 , 353

15 , 298

kJ/jam

11 CH3CHO 81,3530 3169,6694 257.862,1147

H2O 152,2373 11.182,3282 1.702.367,8256

C4H8O2 49,7159 10.808,6650 537.362,6065

Qin,total = 2.497.592,5469

Neraca Panas Keluar Flash Drum I (FD-101)

Tabel LB-28 Perhitungan Panas Keluar Flash Drum I (FD-101)

Alur Komponen (i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,1

3 5 3

1 5 , 2 9 8

kJ/kmol

dT Cp N

Qi  sen ya wa



1 , 353

15 , 298

kJ/jam

14

CH3CHO 81,3530 3169,6694 257862,1147

H2O 0,5984 11182,3282 6691,3809

15

C4H8O2 49,7159 10808,6650 537362,6065

H2O 151,6389 11182,3282 1695676,4447

Qout,total = 2.497.592,5469

B.2.11 Heater IV (HE-104)

Tabel LB-29 Neraca Massa Masuk dan Keluar Flash Drum II (FD-102)

Komponen Umpan, F Destilat, D Bottom, W

kmol/jam XF kmol/jam XD kmol/jam XW

Air 151,6389 0,7531 149,1838 1,0000 2,455111 0,0471

Asetaldol 49,7159 0,2469 0 0 49,71591 0,9529

(37)

Tabel LB-30 Data Tekanan Uap Senyawa, ln P = C1 + C2/T + C3 ln T + C4 TC5

Tabel LB-31 Tabulasi Trial 1 Suhu Flash Drum II (FD-102)

Asetaldol 0,2469 0,2408 0,1359

(38)

Trial 2 : T = 120,3oC = 393,45 K

Tabel LB-32 Tabulasi Trial 2 Suhu Flash Drum II (FD-102)

Asetaldol 0.2469 0.2437 0.1369

1.0005

Suhu flash drum II (FD-102) diatur pada suhu 120,3oC, sehingga

(39)

Neraca Panas Masuk Heater IV (HE-104)

Tabel LB-33 Perhitungan Panas Masuk Heater IV (HE-104) Alur Komponen

(i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,1

3 5 3

1 5 , 2 9 8

kJ/kmol

dT Cp N

Qi  sen ya wa



1 , 353

15 , 298

kJ/jam

15a H2O 151.6389 11659.2014 1767988.9934

C4H8O2 49.7159 11221.7350 557898.7571

Qin,total = 2.325.887,7505

Neraca Panas Keluar Heater IV (HE-104)

Tabel LB-34 Perhitungan Panas Keluar Heater IV (HE-104) Alur Komponen

(i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,45

393

15 , 298

kJ/kmol

dT Cp N

Qi  sen ya wa



45 . 393

15 , 298

kJ/jam

15 H2O 151,6389 20.965,2058 3.179.141,6776

C4H8O2 49,7159 18.686,5000 929.016,3352

Qout,total = 4.108.158,0128

dQ/dT = Qout,total - Qin,total = (4.108.158,0128 – 2.325.887,7505) kJ/jam

= 1.782.270,2623 kJ/jam

Heater menggunakan steam uap panas sebagai media pemanas yang masuk pada suhu 120oC dan tekanan 1,96 atm, kemudian keluar sebagai kondensat pada suhu 120oC dan tekanan 1,96 atm,

kg/jam 809,3135

kJ/kg 2202,2

kJ/jam 2623 1.782.270,

C) (120

dQ/dT

m_s _o

(40)

B.2.12 Flash Drum II (FD-102)

Neraca Panas Masuk Flash Drum II (FD-102)

Tabel LB-35 Perhitungan Panas Masuk Flash Drum II (FD-102) Alur Komponen

(i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,45

393

15 , 298

kJ/kmol

dT Cp N



45 . 393

15 , 298

kJ/jam

15 H2O 151,6389 20.965,2058 3.179.141,6776

C4H8O2 49,7159 18.686,5000 929.016,3352

Qin,total = 4.108.158,0128

Neraca Panas Keluar Flash Drum II (FD-102)

Tabel LB-36 Perhitungan Panas Keluar Flash Drum II (FD-102)

Alur Komponen (i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,1

3 5 3

1 5 , 2 9 8

kJ/kmol

dT Cp N

Qi  sen ya wa



1 , 353

15 , 298

kJ/jam

16 H2O 149,1838 20.965,2058 3.127.669,7679

17

C4H8O2 49,7159 18.686,5000 92.9016,3352

H2O 2,4551 20.965,2058 51.471,9097

Qout,total = _{4.108.158,0128} T = 120,3oC

T = 120,3oC

T = 120,3oC H2O

15

C4H8O2

H2O

C4H8O2

H2O

17 16

FLASH DRUM II

(41)

B.2.13 Cooler (CL-101)

Neraca Panas Masuk Cooler I (CL-101)

Tabel LB-37 Perhitungan Panas Masuk Cooler I (CL-101)

Alur Komponen (i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,1

3 5 3

1 5 , 2 9 8

kJ/kmol

dT Cp N



1 , 353

15 , 298

kJ/jam

17

C4H8O2 49,7159 18.686,5000 92.9016,3352

H2O 2,4551 20.965,2058 51.471,9097

Qout,total = _980.488,2449

Neraca Panas Keluar Cooler I (CL-101)

Tabel LB-38 Perhitungan Panas Keluar Cooler I (CL-101)

Alur Komponen (i)

Nsenyawa

kmol/jam

dT Cp



,1 5

3 0 3

1 5 , 2 9 8

kJ/kmol

dT Cp N

Qi  sen ya wa



15 , 303

15 , 298

kJ/jam

17b

C4H8O2 49.7159 983.5000 48895.5966

H2O 2.4551 919.2760 2256.9247

Qout,total = _51.152,5213

Neraca Energi Bahan Total dQ/dT = Qout,total - Qin,total

= 980.488,2449 – 51.152,5213 = -929.335,7236 kJ/jam

T = 120,3oC

H2O

C4H8O2 T = 30oC

Air Pendingin 60oC

17b 17

H2O

C4H8O2 COOLER I

(CL-101)

(42)

Neraca Energi Air Pendingin

333,15

303,15

 



air H

dT dQ m

 

3174 , 572 . 106

36 929.335,72

-m

(43)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

C.1 Tangki Penyimpanan Asetaldehida (T-101)

Fungsi : menyimpan asetaldehid 99,7% untuk kebutuhan selama 15 hari

Bentuk : silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup

torispherical

Bahan konstruksi : Stainless steel, SA–240, Grade A, type 410 Jumlah : 2 unit

Data

Kondisi penyimpanan : Temperatur = 30°C

Tekanan = 1,5 atm = 22,044 psia

Tabel LC-1. Komposisi bahan pada Tangki Penyimpanan Asetaldehida (T-101)

Komponen F

(kg/jam)

Densitas (kg/m3)

V (m3/jam)

Asetaldehida 7954,54 788 10,0946

Air 23,935 995,408 0,0240

Total 7978,475 10,1186

Densitas larutan =

10,1186 7978,475

= 788,4929 kg/m3 Kebutuhan perancangan = 15 hari

Faktor kelonggaran = 20 % Perhitungan:

a. Volume larutan, Vl = ₃

kg/m 788,4929

jam/hari 24

x hari x15 kg/jam 7978,475

= 3642,7102 m3

Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) . 3642,7102 m3

(44)

b. Diameter dan tinggi shell

-Volume shell tangki (Vs)

3 3 1

s s

2 4 1

πDi

Vs

4 : 3 H : Di : asumsi ; H

πDi

Vs



 

(Perry&Green,1999) -Volume tutup tangki (Ve)

3

Di 24

π

Ve  (Brownell&Young,1959) -Volume tangki (V)

V = Vs + Ve

V =

3

Di 8 3π

4371,2522 m3 = Di3 8 3π

Di = 15,4793 m = 475,0562 in Hs = 20,6390 m = 812,5576 in c. Diameter dan tinggi tutup

Diameter tutup = diameter tangki = 15,4793 m Asumsi Hh : Di = 1 : 4

Tinggi tutup =



15,4793



3,8698m 152,3545in 4

1



Tinggi total tangki = Hs + Hh = 20,6390 m + 3,8698 m = 24,5088 m d. Tebal shell tangki

0,6P SE

PR t



 + n. C (Perry&Green,1999)

di mana:

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

(45)

Volume larutan = 3642,7102 m3 Volume tangki = 4371,2522 m3

Tinggi larutan dalam tangki = x 24,5088 m 4371,2522

3642,7102

= 20,4240 m Tekanan hidrostatik

P =  x g x l

= 788,4929 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 20,4240 m = 157.821,0549 Pa = 22,8900 psia

Faktor kelonggaran = 20 % Maka, Pdesain = (1,2) (P operasi)

= 1,2 ( 22,8900 + 21,34595 ) = 45,1032 psia

Direncanakan bahan konstruksi : Stainless steel, SA–240, Grade A, type

410

- Allowable working stress (S) : 16.250 psia (Peter. dkk, 2004) - Joint efficiency (E) : 0,85 (Peters, dkk, 2004) - Corossion allowance (C) : 0,0042 in/tahun (Perry&Green,1999)

- Umur alat : 10 tahun

Tebal shell tangki:

in 0389 , 1

) 0042 , 0 .( 10 psia) 2 0,6(45,103 )

psia)(0,85 (16.250

in) /2 609,4182 (

psia) (45,1032

. 0,6P SE

PR t



 



 



in C

n

Tebal shell standar yang digunakan = 1 1/8 in (Brownell&Young,1959) e. Tebal tutup tangki

Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell

(46)

C.2 Tangki Penyimpanan Asam Sulfat (T-102)

Fungsi : menyimpan H2SO4 95% untuk kebutuhan selama 30 hari

Bentuk : silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Stainless steel, SA–240, Grade A, type 410

Jumlah : 1 unit Data

Tekanan = 1 atm = 14,696 psia

Tabel LC-2. Komposisi bahan pada Tangki Penyimpanan Asam Sulfat (T-102)

Komponen F

(kg/jam)

Densitas (kg/m3)

V (m3/jam)

Asam Sulfat 20,286 1834 0,0111

Air 1,068 995,408 0,0011

Total 21,354 0,0121

Densitas larutan =

0,0121 21,354

kg/m 1759,8490

jam/hari 24

= 8,7365 m3

= 10,4838 m3 b. Diameter dan tinggi shell

3 3 1

s s

2 4 1

πDi

Vs

πDi

Vs



 

(Perry&Green,1999)

-Volume tutup tangki (Ve)

3

Di 24

π

(47)

-Volume tangki (V) V = Vs + Ve

3 8 3 3

3 8 3

πDi

m 10,4838

πDi

V

 

Tinggi tutup =



2,0720



0,5180m 20,3935in 4

1



0,6P SE

PR t



di mana:

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

8,7365

= 2,7339 meter Tekanan hidrostatik

P =  x g x l

(48)

Faktor kelonggaran = 20 %

Maka, Pdesain = (1,2) (P operasi)

= 1,2 ( 14,696 + 6,8385 ) = 25,8414 psia

Direncanakan bahan konstruksi : Stainless steel, SA–240, Grade A, type 410

- Allowable working stress (S) : 16.250 psia (Peters, dkk, 2004) - Joint efficiency (E) : 0,85 (Peters, dkk, 2004) - Corossion allowance (C) : 0,0042 in/tahun (Perry&Green,1999)

Tebal shell tangki:

in ,1184 0

) 0042 , 0 .( 10 psia) 4 0,6(25,841 )

psia)(0,85 (16.250

in) /2 81,5742 (

psia) (25,8414

. 0,6P SE

PR t



 



 



in C

n

Tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in (Brownell&Young,1959) e. Tebal tutup tangki

Tebal tutup atas = 3/16 in (Brownell&Young,1959)

C.3 Tangki Penyimpanan Asetaldol (T-103)

Fungsi : menyimpan asetaldol 99% untuk produksi selama 15 hari Bentuk : silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Stainless steel, SA–240, Grade A, type 410

Jumlah : 1 unit Data

(49)

Tabel LC-3. Komposisi bahan pada Tangki Penyimpanan Asetaldol (T-103)

Komponen F

(kg/jam)

Densitas (kg/m3)

V (m3/jam)

Asetaldol 4375 982 4,4552

Air 44,192 995,408 0,0444

Total 4419,192 4,4996

Densitas larutan =

4,4996 4419,192

kg/m 982,1323

jam/hari 24

= 1619,8522 m3

3 3 1

s s

2 4 1

πDi

Vs

πDi

Vs



 

(Perry&Green,1999)

-Volume tutup tangki (Ve)

3

Di 24

π

Ve  (Perry&Green,1999) -Volume tangki (V)

V = Vs + Ve

3 8 3 3

3 8 3

πDi

m 1943,8226

πDi

V

 

(50)

c. Diameter dan tinggi tutup

Tinggi tutup =



11,8150



2,9537m 116,2891in 4

1



0,6P SE

PR t



di mana:

1943,8226

P =  x g x l

(51)

Tebal shell tangki:

in 7801 , 0

) 0042 , 0 .( 10 psia) 8 0,6(43,749 )

psia)(0,85 (16.250

in) /2 (465,1564 psia)

(43,7498 . 0,6P SE

PR t



 



 



in C

n

C.4 Gudang NaOH (G-101)

Fungsi : untuk menyimpan NaOH 94% untuk kebutuhan

selama 30 hari

Bentuk : prisma segi empat beraturan Bahan konstruksi : beton

Kondisi Penyimpanan : Temperatur = 30oC

Tekanan = 1 atm

Kebutuhan NaOH = 17,601 kg/jam

= 17,601 kg/jam × 24 jam/hari × 30 hari

= 12.672,72 kg

Densitas NaOH = 2130 kg/m3

Volume NaOH = ₃

kg/m 2130

kg 12.672,72

= 5,9496 m3

(52)

Volume gudang = 1,2 x 5,9496 m3

= 7,1396 m3

Gudang direncanakan berukuran : panjang (p) = lebar (l) = 2 x tinggi (t) Volume gudang (V) = p x l x t

= 2t x 2t x t = 4t3

Tinggi gudang (t) = 3

4 V

= 3

4 7,1396

= 1,2130 m

Panjang gudang (p) = lebar gudang (l) = 2 x 1,2130 m = 2,4261 m

C.5 Conveyor (J-101)

Fungsi : mengangkut natrium hidroksida dari gudang penyimpanan (G-101) ke Reaktor (R-101)

Jenis : Screw Conveyor dengan diameter screw 9 in Kondisi operasi : Temperatur = 30°C

Tekanan = 1 atm = 14,696 psia

Laju bahan yang diangkut = 17,601 kg/jam = 0,017601 ton/jam

Densitas bahan = 2130 kg/m3

Q = 0,008263m /jam 0,2918ft /jam

kg/m 2130

kg/jam

17,601 3 3

3  

Direncanakan conveyor memiliki kemiringan 30o, persen muatan yang diperbolehkan adalah 30%, sehingga dirancang conveyor dengan faktor kelonggaran 70%.

(53)

Untuk screw conveyor dengan kapasitas operasi, dipilih spesifikasi (Perry & Green, 1999) :

-Diameter flight = 9 in -Diameter pipa = 2,5 in -Diameter shaft = 2 in -Kecepatan putaran = 1 rpm

-Panjang = 15 ft

Perhitungan Daya:

P = Phorizontal + Pvertikal + Pempty (Walas, 1988)

= (0,4 + L/300)(W/100) + 0,001 HW + Pempty

Dimana:

L = panjang conveyor (ft) = 15 ft

W = kapasitas (ton/jam) = 0,017601 ton/jam H = ketinggian (ft) = 6 ft

Pemptydiperoleh dari Gbr 5.5 (c), Walas, 1988 = 1,2 hp

P = (0,4 + 15/300)(0,017601/100) + 0,001 (6)(0,017601) + 1,2 = 1,200173 hp

Daya aktual, Pa = 1,411969hp

0,85 1,200173 η

P



(54)

C.6 Mixer I (M-101)

Fungsi : melarutkan NaOH dengan air

Jenis : tangki berpengaduk

Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal

Jumlah : 1 unit

Bahan konstruksi : Stainless steel, SA–240, Grade A, type 410

Tabel LC-4. Komposisi bahan pada Mixer I (M-101)

Densitas larutan : ₃ 998,8664kg/m3 /jam

m 5483 , 2

kg/jam 2545,445



Perhitungan Dimensi Pencampur: Waktu tinggal : 1 jam

a. Volume larutan, Vl = ₃ 2,5483m3

kg/m 8664 , 998

jam 1 x kg/jam 2545,445



3 4 1

s s

2 4 1

πDi

Vs

πDi

Vs



 

3

Di 24

π

Ve  (Perry&Green,1999)

Komponen F

(kg/jam)

Densitas (kg/m3)

V (m3/jam)

NaOH 16,545 2130 0,0078

Air 2528,9 995,408 2,5406

(55)

3 24

7 3

3 24

7

πDi

m 3,0580

πDi

V

 

Tinggi tutup =



1,4942



0,3735m 14,7067in 4

1



0,6P SE

PR t



di mana:

3,0580

P =  x g x l

(56)

= 1,2 (14,696 + 2,2098) = 20,2870 psia

- Umur alat : 10 tahun Tebal shell tangki:

in 0852 , 0

) 0042 , 0 .( 10 psia) 0 0,6(20,282 )

psia)(0,85 (16.250

in) /2 (58,8267 psia)

(20,2820

. 0,6P SE

PR t



 



 



in C

n

Tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in (Brownell&Young,1959)

e. Tebal tutup tangki

Perancangan pengaduk

J

Dt E

H

Da L

W

(57)

Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller

Jumlah baffle : 4 buah

Untuk turbin standar (McCabe, 1999), diperoleh :

Da/Dt = 1/3 ⟶ Da = 1/3 x 1,4942 m = 0,4981 m E/Da = 1 ⟶ E = 0,4981 m

L/Da = ¼ ⟶ L = ¼ x 0,4981 m = 0,1245 m W/Da = 1/5 ⟶ W = 1/5 x 0,1245 m = 0,0996 m J/Dt = 1/12⟶ J = 1/12 x 1,4942 = 0,1245 m Dimana:

Dt = diameter tangki Da = diameter impeller

E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar baffle

Kecepatan Pengadukan, N = 1 putaran/detik Da = 0,4981 m = 1,6341 ft

ρ = 998,8665 kg/m3 = 62,3571 lbm/ft3 gc = 32,17 lbm.ft/lbf.det2

µ = 1,15 mPa.s = 0,0008 lb/ft.s

Bilangan Reynolds,

6522 , 468 . 215 lb/ft.s

0008 , 0

) lbm/ft (62,3571 put/detik)

1 ( ) ft 6341 , 1 ( n.ρ D N

3 2

2 e

Re   

NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus:

c 5 a 3 T

g ρ . D . n . K P

(58)

Maka daya yang dibutuhkan:

hp 0,2587

ft/lbf.det 550

hp 1 ft.lbf/det

142,2780

.det lbm.ft/lbf 32,17

) lbm/ft (62,3571 ft)

(1,6341 put/det)

(1 6,3

P ₂

3 5

3



 



Efisiensi motor penggerak = 80%

Daya motor penggerak = 0,3234hp 8

, 0 2587 , 0



Maka daya motor yang dipilih 1/2 hp.

C.7 Mixer II (M-102)

Fungsi : mengencerkan H2SO4 95% menjadi 10%

Jenis : tangki berpengaduk

Jumlah : 1 unit

Bahan konstruksi : Stainless steel, SA–240, Grade A, type 410

Tabel LC-5. Komposisi bahan pada Mixer II (M-102)

Komponen F

(kg/jam)

Densitas (kg/m3)

V (m3/jam)

H2SO4 20,286 1061,7 0,0191

Air 181,539 995,408 0,1824

Total 201,825 0,2015

m ,2051 0

kg/jam 201,825



Perhitungan Dimensi Pencampur: Waktu tinggal : 1 jam

(59)

Perhitungan:

a. Volume larutan, Vl = ₃ 0,2015m3

kg/m 001,6946 1

jam 1 x kg/jam 201,825



3 4 1

s s

2 4 1

πDi

Vs

πDi

Vs



 

3

Di 24

π

Ve  (Perry&Green,1999)

3 24

7 3

3 24

7

πDi

m 0,2418

πDi

V

 

Tinggi tutup =



0,6035



0,1509m 5,9399in 4

1



0,6P SE

PR t



di mana:

(60)

S = allowable stress (psia) E = joint efficiency

0,2015

P =  x g x l

= 1001,6957 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 0,6286 m = 6171,1519 Pa = 0,8950 psia

= 1,2 (14,696 + 0,8950) = 18,7093 psia

Tebal shell tangki:

in 0581 , 0

) 0042 , 0 .( 10 psia) 3 0,6(18,709 )

psia)(0,85 (16.250

in) /2 (23,7597 psia)

(18,7093

. 0,6P SE

PR t



 



 



in C

n

(61)

J

Dt E

H

Da L

W

Gambar LC.2 Pengaduk dalam Pencampur

Da/Dt = 1/3 ⟶ Da = 1/3 x 0,6035 m = 0,2012 m E/Da = 1 ⟶ E = 0,2012 m

L/Da = ¼ ⟶ L = ¼ x 0,2012 m = 0,0503 m W/Da = 1/5 ⟶ W = 1/5 x 0,2012 m = 0,0402 m J/Dt = 1/12⟶ J = 1/12 x 0,6035 = 0,0503 m

Dimana:

(62)

gc = 32,17 lbm.ft/lbf.det2

µ = 2,5 Pa.s = 0,0017 lb/ft.s

Bilangan Reynolds,

8 16.214,537 lb/ft.s

0017 , 0

) lbm/ft (62,5337 put/detik)

1 ( ) ft 6600 , 0 ( n.ρ D N

3 2

2 e

Re   

c 5 a 3 T

g ρ . D . n . K P

(McCabe, 1999). Untuk flat 6 blade turbin impeller, nilai KT = 6,3 (McCabe, 1999).

hp 0,0028

ft/lbf.det 550

hp 1 ft.lbf/det

1,5336

.det lbm.ft/lbf 32,17

) lbm/ft (62,5337 ft)

(0,66 put/det) (1

6,3

P ₂

3 5

3



 



Daya motor penggerak = 0,00349hp 8

, 0 0028 , 0



Maka daya motor yang dipilih ¼ hp.

C.8 Reaktor (R-101)

Fungsi : tempat terjadinya reaksi menghasilkan asetaldol Jenis : Mixed flow reactor yang dilengkapi dengan

jaket pendingin

Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup hemispherical

Jumlah : 1 unit

(63)

Reaksi yang terjadi :

2CH3CHO

CH3CHCH2CHO

Temperatur masuk = 45oC Temperatur keluar = 45oC Tekanan operasi = 2,7 atm

Tabel LC-6. Komposisi Umpan Masuk Reaktor (R-101)

Komponen F

(kg/jam)

Densitas (kg/m3)

V (m3/jam)

Asetaldehid 7954,54 688 11,5618

Air 2552,843 990,15 2,5782

NaOH 16,545 1001 0,0165

Total 10.523,928 14,1566

m 14,1566

kg/jam 10.523,928



a. Diketahui waktu tinggal dalam reaktor, τ = 5 menit

Volume larutan, Vl = 1,1797m3

menit 60

jam 1 menit 5 3 kg/m 3938 , 743

kg/jam 10.523,928

 



3 4 1

s s

2 4 1

πDi

Vs

πDi

Vs



 

3

Di 24

π

Ve  (Perry&Green,1999) OH

(64)

-Volume tangki (V)

V = Vs + Ve

V = Di3

24 π 7

1,4157 m3 = Di3 24

π 7

Tinggi tutup =



1,1559



0,5779m 22,7537in 4

1



0,6P SE

PR t



di mana:

1,1797

P =  x g x l

(65)

= 1,2 (14,696 + 1,5267) = 19,4672 psia

- Allowable working stress (S) : 16.250 psia (Peters, dkk, 2004) - Joint efficiency (E) : 0,85 (Peters, dkk., 2004) - Corossion allowance (C) : 0,0042 in/tahun (Perry&Green,1999)

- Umur alat : 10 tahun Tebal shell tangki:

in 0741 , 0

) 0042 , 0 .( 10 psia) 2 0,6(19,467 )

psia)(0,85 (16.250

in) /2 (45,5073 psia)

(19,4672

. 0,6P SE

PR t



 



 



in C

n

Tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in (Brownell&Young,1959)

e. Tebal tutup tangki

Menghitung Jaket Pendingin

Pendingin yang digunakan berupa air

Air Pendingin yang dibutuhkan sebanyak 221,0301 kg/jam

Diameter luar reaktor (d) = diameter dalam + (2 × tebal dinding)

= 43,2281 + (2 × 1/4)

= 43,7281 in

Tinggi jaket = tinggi reaktor = 1,0980 m = 43,2281 in = 3,6023 ft Asumsi jarak jaket = 5 in

(66)

Luas perpindahan panas pada jaket:

A = π.D.h = π (53,7281) (43,2281) = 5935,4876 in2 = 41,2187 ft2 Luas perpindahan panas yang diperlukan:

Q = 23.555.691,89 kJ/jam = 22.326.400,3 Btu/jam T2 = 60oC = 140oF

T1 = 30oC = 86oF

Dari Tabel 8, Kern, 1965, diperoleh UD = 250 - 500 Diambil UD = 400 Btu/jamft2F

2 2

in 8136 , 2 ft 0195 , 50 86) -(400)(140

,3 22.326.400

A  

Luas perpindahan panas jaket > luas yang dibutuhkan, maka rancangan jaket reaktor sudah layak.

Tebal dinding jaket (tj)

Bahan stainless steel plate, SA-240 grade C, type 410

Tekanan maksimum diambil sebesar 25 Psi lebih besar dari tekanan normal sehingga:

Pdesign = 14,696 + 25 = 39,696 psi

in 2691 , 1

) 125 , 0 .( 10 psia) 0,6(39,696 psia)(0,8)

834 (112.039,8

(43,2281) psia)

(39,696

n.C 0,6P SE

PR t



 



 



in

(67)

J

Dt E

H

Da L

W

Gambar LC.3 Pengaduk dalam Reaktor

Da/Dt = 1/3 ⟶ Da = 1/3 x 1,0980 m = 0,3660 m E/Da = 1 ⟶ E = 0,3660 m

L/Da = ¼ ⟶ L = ¼ x 0,3660 m = 0,0915 m W/Da = 1/5 ⟶ W = 1/5 x 0,3660 m = 0,0732 m J/Dt = 1/12⟶ J = 1/12 x 1,0980 = 0,0915 m

Dimana:

(68)

gc = 32,17 lbm.ft/lbf.det2

µ = 1,15 mPa.s = 0,0008 lb/ft.s Bilangan Reynolds,

2241

c

hp

Daya motor penggerak = 0,0516hp

Maka daya motor yang dipilih ¼ hp.

C.9 Netralizer (R-102)

Fungsi : untuk menetralkan NaOH yang tersisa Jenis : Mixed flow reactor

Jumlah : 1 unit

Bahan konstruksi : Stainless steel, SA–240, Grade A, type 410 Reaksi yang terjadi :

NaOH + H2SO4⟶ Na2SO4 + H2O

(69)

Tabel LC-7. Komposisi Umpan Masuk Netralizer (R-102)

Komponen F

(kg/jam)

Densitas (kg/m3)

V (m3/jam)

Asetaldehid 3579,532 688 5,2028

Air 2741,819 990,15 2,7691

Asetaldol 4375 1133 3,8614

NaOH 16,545 1001 0,0165

H2SO4 20,286 1834 0,0111

Total 10733,182 11,8609

Densitas larutan : 3

3 904,9137kg/m

/jam m 11,8609

kg/jam 10.733,182



Perhitungan:

a. Diketahui waktu tinggal dalam reaktor, τ = 15 menit

Volume larutan, Vl = ₃ 2,9652m3

menit 60

jam 1 menit 15 kg/m

9173 , 904

kg/jam 10.733,182

 



= 3,5583 m3

b. Diameter dan tinggi shell

3 4 1

s s

2 4 1

πDi

Vs

πDi

Vs



 

3

Di 24

π

Ve  (Perry&Green,1999) -Volume tangki (V)

V = Vs + Ve

V =

3

Di 24

π 7

3,5583 m3 = Di3 24

(70)

Tinggi tutup =



1,5716



0,7858m 30,9370in 4

1



0,6P SE

PR t



di mana:

2,9652

P =  x g x l

= 1,2 (14,696 + 2,5268) = 20,6674 psia