LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Waktu operasi : 300 hari / tahun ; 24 jam / hari Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan operasi : kilogram (kg) Bahan baku : - Propilen (C3H6)

- Udara (N2 dan O2) - Steam (H2O)

Komposisi umpan : Propilen: udara : steam = 1:7: 0.746 Produk akhir : Asam Akrilat (C3H4O2)

Kapasitas Produksi : 13889 kg/jam = 100.000 ton/tahun

LA.1 Splitter (SP-101)

Neraca Massa Komponen:

Basis: N1propilen = 245,922 kmol/jam F5

oksigen = 461,505 kmol/jam = 14768,18036 kg/jam. F5

nitrogen =1736,1403 kmol/jam = 48611,927 kg/jam. F6oksigen = (7 x N1propilen) 0,29 = 361,5056 kmol/jam

= 11568,18036 kg/jam

F6nitrogen = (7 × N1propilen × 0,79) = 1359,9498 kmol/jam = 38078,5937 kg/jam

F7 oksigen = F5 oksigen – F7 oksigen

F7oksigen = (14768,18036 - 11568,18036) kg/jam.

= 3200 kg/jam

(2)

F7 nitrogen = (48611,927 - 75213,4007)kg/jam = 10533,333 kg/jam

LA.2 Mixing Point I (M-101)

Bahan baku berupa propilen, udara, dan steam harus dicampur terlebih dahulu pada M-101 sebelum diumpankan ke dalam reaktor dengan perbandingan 1:7 : 0.746 (freepatents, 2006) Mixing Point I (M-101) Udara, Oksigen Nitrogen Oksigen Nitrogen Propilen Steam Propilen 3 8 2 Steam 6

Basis umpan bahan baku : N1 propilen = 245,922 mol Neraca Massa Komponen :

F8propilen = F9propilen = F2propilen= F1propilen = 10328,7324 kg/jam F8oksigen = F9oksigen = F6oksigen = 11568,18036 kg/jam

F8nitrogen = F9 nitrogen = F6 nitrogen = 38078,5937 kg/jam

F8 steam = F9 steam= F3 steam = (0,746 × N1propilen) 18 = 3303,0943 kg/jam. Neraca Massa Total :

F2 + F3 + F6 = F8

F8 = (F8oksigen + F8nitrogen + F8propilen + F8 steam)

=(10328,7324 + 11568,18036 +38078,5937 + 3303,0943) kg/jam = 63278,6008 kg/jam

F2 + F3 + F6 = (10328,7324 + 3303,0943 + 4946,774)kg/jam = 63278,6008 kg/jam

LA.3 Reaktor Oksidasi (R-101)

Dalam reaktor ini terjadi 3 reaksi oksidasi menghasilkan akrolein, air, asam akrilat, asam asetat, dan karbondioksida.

(3)

R 1 : C3H6 + O2 C3H4O + H2O R 2 : C3H6+3/2O2 C3 H4 O2 + H2O R 3 : C3H6+5/2 O2 C2 H4 O2+ CO2 + H2O Konversi propilen overall = 100 % Konversi membentuk akrolein = 70 % Konversi membentuk asam akrilat = 11 % Konversi membentuk asam asetat = 13 % Basis = F9propilen = 10328,7324 kg/jam

N propilen = kmol kmol kg kg propilen Mr propilen massa 922 , 245 / 42 10328,7324  

r1 = konversi × N propilen = 0,7 × 245,922 = 172,1455 kmol/jam r2 = konversi × N propilen = 0,11 × 245,922 = 27,05144 kmol/jam r3 = konversi × N propilen = 0,19 × 245,922 = 46,7252 kmol/jam Reaksi yang terjadi di dalam reaktor :

R 1 C3H6 (g) + O2(g) → C3H4O(g) + H2O(g)

M 245,922 361,5056 - -

B 172,1455 172,1455 172,1455 172,1455 S 73,7767 189,3601 172,1455 172,1455

R 2 C3H6 (g) + 3/2O2(g) → C3 H4 O2(g) + H2O(g)

M 73,7767 189,3601 - -

B 27,0514 40,577 27,0514 27,0514

(4)

R 3 C3H6 (g) + 5/2O2(g) → C2 H4 O2 (g)+ CO2(g) + H2O(g)

M 46,7252 162,3087 - -

B 46,7252 116,813 46,7252 46,7252 46,7252 S 0 31,9699 46,7252 46,7252 46,7252

Dimana :

M = jumlah mol senyawa mula-mula (kmol) B = jumlah mol senyawa yang bereaksi (kmol)

S = jumlah mol senyawa sisa setelah reaksi selesai (kmol) Neraca Massa Komponen :

F10_{akrolein = N}10_{akrolein Mr = 172,1455 × 56 = 9640,1502 kg/jam}

F10asam akrilat = N10asam akrilat × Mr = 267,051 × 72 = 1947,7038 kg/jam F10_{asam asetat= N}10_{asam asetat × Mr = 46,7252 × 60 = 2803,513 kg/jam}

F10 karbondioksida = N10karbondioksida × Mr = 46,7252 × 44 = 2055,9096 kg/jam F10air = F10air (R1) + F10air (R2) + F10air(R3)

F10air = (N 10air(R1) + N 10air(R2) + N 10air(R3) + N10steam) Mr

F10air = (172,1455+ 27,0514+ + 46,7252 + 183,50524)× 18 = 7729,6939 kg/jam F10oksigen = N 10oksigen × Mr = 31,9699 × 32 = 1023,0363 kg/jam

Neraca Massa Total :

F10 = (F9 propilen + F9 oksigen+ F9 nitrogen+ F9 steam)

F10 = (10328,7324 + 11568,18036 + 38078,5937 + 3303,0943)= 63278,6008 kg/jam F10 = (F10 akrolein + F10 asam akrilat+ F10asamasetat + F10 karbondioksida + F10 air + F10 nitrogen+ F10 oksigen )

F10 = (9640,1502 + 1947,7038 + 2803,513 + 2055,9096 + 7729,6939 + 38078,5937+1023,0363)

(5)

LA.4 Knock Out Drum I (SP-101)

Berfungsi untuk memisahkan komponen berdasarkan parameter dan fraksi split yang diinginkan. Pada dasarnya, sebelum memasuki separator stream sudah terdiri dari dua fase, tetapi pada keadaan saturatednya, maka setiap komponen dapat dipisahkan semuanya atau hanya sebagian saja.

Neraca Massa Komponen :

F14 oksigen = F15 oksigen = 1023,0363 kg/jam F14 nitrogen = F15 nitrogen = 38078,5937 kg/jam F14karbondioksida = F15karbondioksida = 2055,9096 kg/jam F14 akrolein = F16 akrolein = 9640,1502 kg/jam F14 air = F16 air = 7729,6939 kg/jam F14 asam akrilat = F16 asam akrilat = 1947,7038 kg/jam F14asamasetat = F15asamasetat = 2803,513 kg/jam Neraca Massa Total :

F14 =F15 +F16

F14 = (F14 oksigen +F14 nitrogen+ F14karbondioksida +F14 akrolein +F14 air+F14 asam akrilat +F14asamasetat) F14 = 6328,60008 kg/jam

F15 = F15 oksigen + F15 nitrogen + F15karbondioksida = 41157,5396 kg/jam

F16 = F16asamasetat + F16 asam akrilat + F16 air + F16 akrolein = 22121,06117 kg/jam F16 +F16 = 41157,5396 +22121,06117 = 6328,60008 kg/jam

(6)

LA.5 Mixing Point II (M-102)

Produk dari reaktor I dicampur terlebih dahulu dengan udara pada M-102 sebelum diumpankan ke R-102.

F18

akrolein = F17akrolein =F10akrolein = 9640,1502 kg/jam F18asam akrilat = F17asam akrilat =F10asam akrilat = 1947,7038 kg/jam F18asam asetat = F17asam asetat = F10asam asetat = 2803,513 kg/jam F18air = F17air = 7729,6939 kg/jam

F18oksigen = 3200 kg/jam F18nitrogen = 10533,33 kg/jam Neraca Massa Total :

F17 + F7 = F18

F18 = F18akrolein + F18asam akrilat + F18asam asetat + F18air + F18oksigen + F18nitrogen F18 = (7729,6939 + 2803,5 + 1947,7038 + 9640,1502 + ) kg/jam F18 = 35854,39451 kg/jam

F17 =F16 = 22121,06117 kg/jam

F7 = F18oksigen + F18nitrogen = (3200 + 10533,33) kg/jam = 13733,33 kg/jam F17 + F7 = (22121,06117 + 13733,33 ) kg/jam = 35854,39451 kg/jam

(7)

LA.6 Reaktor Oksidasi II (R-102)

R 1 : C3H4O + ½ O2 C3H4O2 R 2 : C3H4O +3/2O2 C2 H4O2+ CO2 Konversi akrolein overall = 100 % Konversi membentuk asam akrilat = 97,5 % Konversi membentuk asam asetat = 2,5 % Basis = F19akrolein = 9640,1502 kg/jam

N akrolein = kmol kmol kg kg akrolein Mr akrolein massa 145 , 172 / 42 9640,1502  

r1 = konversi × N akrolein = 0,975 × 172,1455 = 167,8419 kmol/jam r2 = konversi × N akrolein = 0,025 × 172,1455 = 4,303 kmol/jam

Reaksi yang terjadi di dalam reaktor :

R 1 C3H4O (g) + 1/2O2(g) → C3H4O2(g)

M 172,1455 100 - -

B 167,8419 83,921 167,8419

S 4,3036 16,079 167,8419

R 2 C3H4O (g) + 3/2O2(g) → C2 H4 O2 (g)+ CO2(g)

M 4,3036 16,079 - -

B 4,3036 6,4554 4,3036 4,3036

(8)

Dimana :

M = jumlah mol senyawa mula-mula (kmol) B = jumlah mol senyawa yang bereaksi (kmol)

S = jumlah mol senyawa sisa setelah reaksi selesai (kmol) Neraca Massa Komponen :

F19akrolein = F18akrolein N10 akrolein = 9640,1502 kg/jam F19asam akrilat = F18asam akrilat = 1947,7038 kg/jam F19asam asetat= F18asam asetat = 2803,513 kg/jam F19air = F20air = F18air = 7729,6939 kg/jam F19_{oksigen = F}18

oksigen = 3200 kg/jam

F19_{nitrogen = F}20_{nitrogen = F}18_{nitrogen = 10533,33 kg/jam}

F20asam akrilat = N20asam akrilat × Mr = 194,8933 × 72 = 14032,32 kg/jam F20_{asam asetat = N}20_{asam asetat × Mr = 51,0289 × 60 = 3061,731 kg/jam} F20air =7729,6939 kg/jam

F20 karbondioksida = N20 karbondioksida × Mr = 4,3036 × 44 = 189,3600 kg/jam F20oksigen = N20oksigen × Mr = 9,6236 × 32 = 307,9549 kg/jam

F20nitrogen = 10533,33 kg/jam

Neraca Massa Total :

F19 = (F19 akrolein + F19 asam akrilat+ F19asamasetat + F19 air + F19 nitrogen+ F19 oksigen )

F19 = (9640,1502 + 1947,7038 + 2803,513 + 7729,6939 + 3200 + 10533,33) kg/jam = 35854,39451 kg/jam

F20 = ( F20 asam akrilat+ F20asamasetat + F20 air + F20 nitrogen+ F20 oksigen + F20 karbondioksida ) = (14032,32 + 3061,731 + 7729,6939 + 10533,33 + 307,9549 + 189,3600) kg/jam = 35854,39451 kg/jam

(9)

LA.7 Knock Out Drum II (SP-102)

Berfungsi untuk memisahkan komponen berdasarkan parameter dan fraksi split yang diinginkan. Pada dasarnya, sebelum memasuki separator stream sudah terdiri dari dua fase, tetapi pada keadaan saturatednya, maka setiap komponen dapat dipisahkan semuanya atau hanya sebagian saja.

F21 oksigen = F22 oksigen = F19oksigen = 307,9549 kg/jam F21 nitrogen = F22 nitrogen = F19nitrogen = 10533,33 kg/jam F21karbondioksida = F22karbondioksida = F19 karbondioksida = 189,3600kg/jam F21 air = F23 air = F19air = 7729,6939 kg/jam F21 asam akrilat = F23 asam akrilat = F19 asam akrilat = 14032,32 kg/jam F21asamasetat = F23asamasetat = F19 asamasetat = 3061,731 kg/jam Neraca Massa Total :

F21 =F22 +F23

F21 = (F21 oksigen +F21 nitrogen+ F21karbondioksida +F21 air+F21 asam akrilat +F21asamasetat) F21 = 35854,39451 kg/jam

F22 = F22 oksigen + F22 nitrogen + F22karbondioksida

= (307,9549 + 10533,33 + 189,3600) kg/jam = 11030,6483 kg/jam F23 = (F23 air + F23 asam akrilat + F23asamasetat)

F23 = (7729,6939 +14032,32 + 3061,731) kg/jam = 24823,7462 kg/jam

(10)

LA.8 Kolom Destilasi (D-101)

Fungsi : Untuk memisahkan C3H4O2 (asam akrilat) dari C2H4O2 (asam asetat) dan air (H2O) berdasarkan perbedaan titik didih.

Dimana :

Titik didih senyawa pada keadaan tekanan 1 atm (101, 325 kPa ; 760 mmHg) Asam Akrilat (C3H4O2) : 141oC

Air (H2O) : 100oC

Asam Asetat (C2H4O2) : 118,1oC

Analisa derajat kebebasan adalah :

Banyaknya :

- variabel alur 8

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

- hubungan pembantu 3

-8

Derajat kebebasan 0

Maka neraca massa pada destilasi (D-101)

Penentuan Titik Didih Umpan

Titik didih umpan masuk ke kolom destilasi Trial T = 117,85oC = 391,0 K

Asumsi : Tekanan (P) = 1 atm = 101,325 kPa (Perry, 1997)

Tekanan uap masing – masing komponen, dapat dihitung dengan persamaan Antoine Asam Akrilat Asam Asetat Air Asam Akrilat Asam Asetat Air Asam Akrilat Asam Asetat F o ₊_DlnT₊_ET C + T B + A = (kPa) P ln

(11)

Keterangan :

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

T = temperatur (K)

Tabel LA.1 Konstanta Antoine Komponen

Komponen Konstanta Antoine

A B C D E F Air Asam Asetat Asam Akrilat 75,64 53,27 46,75 -7,25E+03 -6,30E+03 -6,58E+03 0 0 0 -7,30E+00 -4,29E+00 -3,22E+00 4,16E-06 8,88E-18 5,22E-07 2,00E+00 6,00E+00 6,00E+00 (Perry, 1997)

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

Ditrial T sehingga ∑yi = 1

Tabel LA.2 Trial Titik Didih Umpan Kolom Destilasi Komponen Fi, kmol/jam Xi ln Po Po, kPa yi H2O C2H4O2 (LK) C3H4O2 (HK) 428,9508 51,0289 194,8367 0,6357 0,0756 0,2887 11,2272 10,4387 9,5144 75,1470 34,1292 13,5541 0,2643 0,0692 0,6657 Σ 674,8164 1,0000 0,9993≈1

 Dipilih Light Key Component = C2H4O2  Dipilih Heavy Key Component = C3H4O2

Karena ∑yi = 1 maka titik didih umpan adalah 117,85oC Tumpan = 117,85oC = 391,0 K

Penentuan titik embun dan titik gelembung bottom i i t o i o i. t i k.x = x P P = y P x = .P y

(12)

Tabel LA.3 Laju Alir Setiap Alur Komponen

Umpan Destilat Bottom kg/jam kmol/ jam kg/jam kmol/ jam kg/jam kmol/ jam H2O 7729,6939 _428,9508 _{7729,6939 428,9508 0,0000} _0,0000 C2H4O2 3061,7314 _{51,0289 3031,1141 50,7737 15,3087 0,2551} C3H4O2 14032,00 _194,8367 _{140,2825 1,9489 13891,68 192,8884} ∑ _{24823,4254 674,8164 10901,0905 481,6734 13906,9887 193,1951}

Penentuan Titik Embun Destilat dan Titik Gelembung Bottom

 Penentuan titik embun destilat T = 94oC = 372,0 K

Asumsi : Tekanan (P) = 0,9 atm = 91,32 kPa

Tabel LA.4 Trial Titik Embun Destilat Kolom Destilasi

Harga Kc perhitungan ≈ harga Kc pada 94oC (dew point)  Penentuan titik gelembung bottom (bubble point)

T = 144,75oC = 387 K

Asumsi : Tekanan (P) = 1,1 atm = 112,3250 kP

Komponen Di, kmol/jam Yi Pi o_K=P io/Pt α yi/α xi H2O C2H4O2 428,9508 50,5186 0.8936 0.1062 4385.1864 9.9265 48.0200 0.1087 1072,114 2,4269 0.0008 0.0438 0,0186 LK 0.9769 HK C3H4O2 1,9489 0.0002 4,0902 0,0448 1,000 0.0002 0.0045 481,6743 1,0000 0,0448 1,0000

(13)

Tabel LA.5 Trial Titik Gelembung Bottom Kolom Destilasi

Kc = 1/∑ αxi = 1/1,0018 = 0,9999

Harga Kc perhitungan ≈ harga Kc pada 144,75oC (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 = 51,1573 ZlkF. F = 51,0289 XhkD. D = 0,0963 ZhkF. F = 194,8889 Komponen Bi, kmol/ Jam xi Pi o K=Pio/ Pt αixi Α yi Lk C2H4O2 _{0,255` 1E-04 215,327 1,9170 0,0002 1,9172 0.0002} Hk C3H4O2 _{192.94 0,999 112,313}_0,9999 _{0,9999 1,0000 0.9998} 193.398 1,000 1,0001 1,0000 2 1 lk i lk lk i _. 1 -α -α . 1 -α 1 -α F F F Z D X F Z D X DK hkF hkD lkF lkD     

(14)

Tabel LA.6 Cek Pemilihan LK dan HK

Komponen Zi αD αB Αavg F1 F2 DK

H2O 0,6356 1072,11 0,0000 32,7432 29,3484 -0,0140 29,3344 C2H4O2 0,0756 2,4269 1,9172 2,0842 1,0024 0,0000 1,0024 C3H4O2 0,2888 1,0000 1,0000 1,4142 0,3830 0,0003 0,3833 Dari hasil perhitungan di atas, pemilihan light key dan heavy key sudah benar

LA.9 Kondensor (CD-01)

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

Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya :

- 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)

∑

=

1 -

q

θ

-α

X

α

i F i i

∑

=

Rm

+

1 θ

-α

X

α

i D i i

(15)

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

Dengan cara trial dan eror didapat θ Trial θ = 1,17648

Tabel LA.7 Omega Poin Destilasi

Komponen XiF αi XiD

H2O 0.6356 32,7432 0,6718 0,8936 0,9445 C2H4O2 0.0756 2,0842 0,4933 0,1062 0,6928 C3H4O2 0.2888 1,4142 -1,1650 0,0002 -0,0008 Total 1,0000 0,0001 1,0000 1,6373 Maka: Rm + 1 = 1,6373 Rm = 0,6373 RD = 1,5 x Rm (Geankoplis, 1997) RD = 1,5 x 0,6373= 0,9560 Refluks Destilat : LD = RD x D (McCabe, 1999) LD = 0,9560x 481,6734 kmol/jam LD = 460,4788 kmol/jam VD = LD + D VD = 460,4788 kmol/jam + 481,6734 kmol/jam VD = 942,1522 kmol/jam

Komposisi komponen keluar kondensor sebagai destilat : Alur 30 (D)

∑

0 -X i i _   _i _F

∑

-X i i   _i _F

∑

-X i i   _i _D

(16)

Tabel LA.8 Komposisi Komponen Destilat

Komponen BM kmol/jam fr mol

H2O 18,02 428,9508 0,8936

C2H4O2 60 50,7737 0,1062

C3H4O2 72 1,9489 0,0002

∑ 481,6734 1,0000

Komposisi

H2O : X30H2O = XVd H2O = XLd H2O = 0,89036 C2H4O2 : X30C2H4O2 = XVd C2H4O2 = XLd C2H4O2 = 0,1062 C3H4O2 : X30C3H4O2 = XVd C3H4O2 = XLd C3H4O2 = 0,0002

Alur 28 (VD) Total : N28 = N29 + N30 = 942,1522 kmol/jam N28 H2O = 0,89036 x 942,1522 kmol/jam = 841,9072kmol/jam N28 C2H4O2 = 0,1062 x 942,1522 kmol/jam = 100,0566 kmol/jam N28 C3H4O2 = 0,0002 x 942,1522 kmol/jam = 0,1884 kmol/jam Alur 29 (LD) Total : N29 = N28 – N30 = 460,4788 kmol/jam N29 H2O = 0,89036 x 460,4788 kmol/jam = 411,4838 kmol/jam N29 C2H4O2 = 0,1062 x 460,4788 kmol/jam = 48,9028 kmol/jam N29 C3H4O2 = 0,0002 x 460,4788 kmol/jam = 0,0921 kmol/jam

(17)

Tabel LA.9 Neraca Massa Kondensor (CD-01) Komponen VD LD D kg/jam kmol/ jam kg/jam kmol/ jam kg/jam kmol/ jam H2O 15154,3298 841,9072 7406,7090 411,4838 7729,6939 428,9508 C2H4O2 6003,3938 100,0566 2934,1707 48,9028 3046,4228 50,773 C3H4O2 13,5670 0,1884 6,6309 0,0921 140,32 1,949 ∑ 21171,2906 942,1522 10347,5106 460,4788 10916,4367 481,6734 LA.10 Reboiler (RB-01)

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

- 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 = 942,1522 kmol/jam LB = VB + B

(18)

LB = 942,1522 kmol/jam + 193,1951 kmol/jam LB = 1135,3473 kmol/jam

Alur 34 (B)

Tabel LA.10 Komposisi Komponen Bottom

C2H4O2 60 0,2551 0,0001

C3H4O2 72 192,94 0,9999

∑ 193,1951 1,0000

Komposisi :

C2H4O2 : X34_{C2H4O2 =}_XVb_{C2H4O2 =}_XLb_{C2H4O =}_0,0001 C3H4O2 : X34C3H4O2 = XVb C3H4O2 = XLb C3H4O2 = 0,9999

Alur 32 (LB) Total : N32 = N33 + N34 = 1135,3473 kmol/jam N32 C2H4O2 = 0,0001 x 1135,3473 kmol/jam = 0,1135 kmol/jam N32 C3H4O2 = 0,9999 x 1135,3473 kmol/jam = 1135,233 kg/jam Alur 33 (VB) Total : N33 = N32 – N34 = 942,0580 kmol/jam N33C2H4O2 = 0,0001 x 942,0580 kmol/jam = 0,0942 kmol/jam N33C3H4O2 = 0,9999 x 942,0580 kmol/jam = 942,1522 kmol/jam

(19)

Tabel LA.11 Neraca Massa Reboiler (RB-01) Komponen VB LB B kg/jam kmol/ jam kg/jam kmol/ jam kg/jam kmol/ jam C2H4O2 5,6529 0,0942 6,8121 0,1135 15,3087 0,2551 C3H4O2 67828,1751 942,0580 81736,8345 1135,233 13891,96 192,94 ∑ _{67833,8280 942.1522} _{81743,6466 1135,347 13906,9887 193,1951}

LA.11 Kolom Destilasi II (D-102)

Fungsi : Untuk memisahkan C2H4O2 (asam asetat) dari C3H4O2 (asam akrilat) dan air (H2O) berdasarkan perbedaan titik didih.

Dimana :

Titik didih senyawa pada keadaan tekanan 1 atm (101, 325 kPa ; 760 mmHg) Asam Akrilat (C3H4O2) : 141oC

Air (H2O) : 100o_C

Asam Asetat (C2H4O2) : 118,1o_C

Analisa derajat kebebasan adalah :

Banyaknya : - variabel alur 8 Asam Akrilat Asam Asetat Air Asam Akrilat Asam Asetat Air Asam Akrilat Asam Asetat Air

(20)

-8

Derajat kebebasan 0

Maka neraca massa pada destilasi (MD-01)

Penentuan Titik Didih Umpan

Titik didih umpan masuk ke kolom destilasi Trial T = 95,2 oC = 368,35 K

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

Keterangan :

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

T = temperatur (K)

Tabel LA.12 Konstanta Antoine Komponen

Komponen Konstanta Antoine

A B C D E F Air Asam Asetat Asam Akrilat 75,64 53,27 46,75 -7,25E+03 -6,30E+03 -6,58E+03 0 0 0 -7,30E+00 -4,29E+00 -3,22E+00 4,16E-06 8,88E-18 5,22E-07 2,00E+00 6,00E+00 6,00E+00 (Perry, 1997)

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

Ditrial T sehingga ∑yi = 1

F o ₊_DlnT₊_ET C + T B + A = (kPa) P ln i i t o i o i. t i k.x = x P P = y P x = .P y

(21)

Tabel LA.13 Trial Titik Didih Umpan Kolom Destilasi Komponen Fi, kmol/jam Xi ln Po Po, kPa yi H2O (LK) C2H4O2 (HK) C3H4O2 429,4274 50,7737 1,9489 0,7905 0,1053 0,0040 11,5137 10,9317 10,0060 100,0747 55,9228 22,1596 0,8121 0,1718 0,0166 Σ 482,150 1,0000 1,0006≈1

 Dipilih Light Key Component = H2O  Dipilih Heavy Key Component = C2H4O2

Karena ∑yi = 1 maka titik didih umpan adalah 99,67 oC Tumpan = 99,67oC = 372,82 K

Penentuan titik embun dan titik gelembung bottom

Tabel LA.14 Laju Alir Setiap Alur Komponen

Umpan Destilat Bottom kg/jam kmol/ jam kg/jam kmol/ jam kg/jam kmol/ jam C3H4O2 7729,6939 1,9489 140,3200 1,9489 0,0000 0,0000 H2O 3046,4228 429,4274 7691,0455 427,2803 38,6485 2,1471 C2H4O2 140,3200 50,7737 30,4642 0,5077 3015,9585 50,2660 ∑ _{10916,4367 482,1500} 7861,8297 429,7369 3054,6070 52,4131

Penentuan Titik Embun Destilat dan Titik Gelembung Bottom

 Penentuan titik embun destilat T = 94,33oC = 367,48 K

(22)

Tabel LA.15 Trial Titik Embun Destilat Kolom Destilasi

Harga Kc perhitungan ≈ harga Kc pada 94,33oC (dew point)

 Penentuan titik gelembung bottom (bubble point) T = 116,85oC = 390 K

Asumsi : Tekanan (P) = 1 atm = 101,350 kPa

Tabel LA.16 Trial Titik Gelembung Bottom Kolom Destilasi

Kc = 1/∑ αxi = 1/1,0018 = 0,9670

Harga Kc perhitungan ≈ harga Kc pada 116,85oC (bubble point)

Cek Pemilihan LK dan HK

Dicek apakah komponen terdistribusi atau tidak dengan persamaan Shiras

(Walas, 1988) Komponen Di, kmol/jam Yi Pi o_K=P io/Pt α yi/α xi C3H4O2 H2O 1,9489 427,2803 0,0045 0,9943 19,2700 82,427 0,2375 1,0157 0,4149 1,7747 0,0109 0,5602 0,0191 LK 0,9788 HK C2H4O2 0,5077 0,0012 46,4454 0,5723 1,000 0,0012 0,0021 429,7369 1,0000 0,5724 1,0000 Komponen Bi, kmol/ Jam xi Pi o K=Pio/ Pt αixi Α yi Lk H2O _{2,1471 0,041 179,302 1,7691 0,0751 1,8339 0,0726} Hk C2H4O2 _{50,2660 0,959 97,7729}_0,9647 _{0,9590 1,0000 0,9274} 52,4131 1,000 1,0342 1,0000 2 1 lk i lk lk i _. 1 -α -α . 1 -α 1 -α F F F Z D X F Z D X DK hkF hkD lkF lkD     

(23)

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 = 427,2803 ZlkF. F = 429,4274 XhkD. D = 0,5077 ZhkF. F = 50,7737

Tabel LA.17 Cek Pemilihan LK dan HK

Komponen Zi αD αB Αavg F1 F2 DK

C3H4O2 0,0040 0,4149 0,0000 0,2074 -0,9805 0,0199 -0,9606

H2O 0,8907 1,7747 1,8339 1,8043 0,9950 0,0000 0,9950

C2H4O2 0,1053 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.

LA.12 Kondensor (CD-02)

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

(24)

- 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 = 1,0495

Tabel LA.18 Omega Poin Destilasi

Komponen XiF αi XiD

H2O 0,0040 0,2074 -0,0010 0,0045 -0,0011 C2H4O2 0,8907 1,8043 2,1290 0,9943 2,3768 C3H4O2 0,1053 1,0000 -2,1280 0,0012 -0,0239 Total 1,0000 0,0001 1,0000 2,3756 Maka: Rm + 1 = 2,3756 Rm = 1,3756 RD = 1,5 x Rm (Geankoplis, 1997) RD = 1,5 x 1,3756 = 2,0634

∑

=

1 -

q

θ

-α

X

α

i F i i

∑

=

Rm

+

1 θ

-α

X

α

i D i i

∑

0 -X i i _   _i _F

∑

-X i i   _i _F

∑

-X i i   _i _D

(25)

Refluks Destilat : LD = RD x D (McCabe, 1999) LD = 2,0634x 429,7369 kmol/jam LD = 886,7405 kmol/jam VD = LD + D VD = 886,7405 kmol/jam + 429,7369 kmol/jam VD = 1316,477 kmol/jam

Komposisi komponen keluar kondensor sebagai destilat : Alur 37 (D)

Tabel LA.19 Komposisi Komponen Destilat

H2O 18,02 _427,2803 0,9943

C2H4O2 60 _0,5077 0,0012

C3H4O2 72 _1,9489 0,0045

∑ 429,7369 1,0000

Komposisi

H2O : X30H2O = XVd H2O = XLd H2O = 0,9943 C2H4O2 : X30C2H4O2 = XVd C2H4O2 = XLd C2H4O2 = 0,0012 C3H4O2 : X30C3H4O2 = XVd C3H4O2 = XLd C3H4O2 = 0,0045

Alur 35 (VD) Total : N35 = N36 + N37 = 1316,477 kmol/jam N35 H2O = 0,9943 x 1316,477 kmol/jam = 1308,9516kmol/jam N35 C2H4O2 = 0,0012 x 1316,477 kmol/jam = 1,5554 kmol/jam N35 C3H4O2 = 0,0045 x 1316,477 kmol/jam = 5,9703 kmol/jam Alur 36 (LD) Total : N36 = N35 – N37 = 886,7405 kmol/jam N36 H2O = 0,9943 x 886,7405 kmol/jam

(26)

= 881,6713 kmol/jam N36 C2H4O2 = 0,0012 x 886,7405 kmol/jam = 1,0477mol/jam N36 C3H4O2 = 0,0045 x 886,7405 kmol/jam = 4,0214 kmol/jam

Tabel LA.20 Neraca Massa Kondensor (CD-02) Komponen VD LD D kg/jam kmol/ jam kg/jam kmol/ jam kg/jam kmol/ jam C3H4O2 107,4658 5,9703 72,3858 4,0214 140,3200 1,9489 H2O 78537,0989 1308,951 52900,2806 881,6713 7691,0455 427,2803 C2H4O2 111,9907 1,5554 75,4337 1,0477 30,4642 0,5077 ∑ 78756,5554 1316,477 53048,1001 886,7405 7861,8297 429,7369 LA.13 Reboiler (RB-02)

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

- variabel alur 6

-6

(27)

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 = 1316,4774 kmol/jam LB = VB + B LB = 1316,4774 kmol/jam + 52,4131kmol/jam LB = 1368,8905 kmol/jam Alur 40 (B)

Tabel LA.21 Komposisi Komponen Bottom

H2O 18 _2,1471 0,0410

C2H4O2 60 _50,2660 0,9590

∑ _52,4131 1,0000

Komposisi :

H2O : X40 H2O = XVb H2O = XLb H2O = 0,0410 C2H4O2 : X40C2H4O2 = XVb C2H4O2 = XLb C2H4O2 = 0,9590

Alur 38 (LB) Total : N38 = N39 + N40 = 1368,8905 kmol/jam N38 H2O = 0,0410 x 1368,8905 kmol/jam = 56,0775 kmol/jam N38 C2H4O2 = 0,9590 x1368,8905 kmol/jam = 1312,813 kmol/jam Alur 39 (VB) Total : N39 = N38 – N40 = 1316,4774 kmol/jam N39 H2O = 0,0041 x 1316,4774 = 53,9304 kmol/jam N39C2H4O2 = 0,9590 x 1316,4774kmol/jam = 1262,547 kmol/jam

(28)

Tabel LA.22 Neraca Massa Reboiler (RB-02) Komponen LB VB B kg/jam kmol/ jam kg/jam kmol/ jam kg/jam kmol/ jam H2O 3364,6493 56,0775 3235,8211 53,9304 38,6485 2,1471 C2H4O2 94522,5376 1312,813 90903,3873 1262,547 3015,9585 50,2660 ∑ 97887,1869 1368,890 94139,2084 1316,477 3054,6070 52,4131

(29)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Basis Perhitungan : 1 jam operasi

Satuan Operasi : kJ/jam

Temperatur Referensi : 25o_{C = 298,15 K}

Kapasitas : 100.000 ton/tahun

Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983):

Cp = a + bT + cT2 + dT3

Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi:



        T T T T d T T c T T b T T a CpdT 2 1 ) ( 4 ) ( 3 ) ( 2 ) ( 14 4 2 3 1 3 2 2 1 2 2 1 2

Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah:



2 



 



1 1 2 1 T T T T T Tb v VI b dT Cp H dT Cp CpdT

Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi:







   2 1 2 1 ) ( T T T T in out r T N CpdT N CpdT H r dt dQ B.1 Data Perhitungan Cp

Tabel LB.1 Nilai Konstanta a,b,c,d dan e untuk perhitungan Cp gas

Komponen a (101) b (10-2) c (10-4) d (10-7) e (10-11)

Asam Asetat (CH3COOH) 34.8500 0.0376 0.0003 3,077E-07 9,46E-11

Asam Akrilat (C3H4O2) 7.5755 0.2939 -0.0002 2,044E-08 0,90E-11

Propilen (C3H6) 31,2900 0,0724 0,0002 2,158E-07 6,29E-11

Akrolein (C3H4O) 11,9700 _0,2106 -0,0001 0,1906E07 65,9E-11

Oksigen (O2) 29,9883 -0,0114 _0,43E-4 0,370E-07 1,0E-11 Nitrogen (N2) _29,4 -0,0030 5,45E-6 5,131E-09 0.4E-11

Air (H2O) 34,047 -0,0097 0,32E-4 0,20E-07 4,3E-11

Karbondioksida (CO2) 19,0223 0,0796 -7,37E-5 3,74E-08 -6,1E-12

(Reklaitis, 1983 dan Yaws, C.L. 1998) \

(30)

Cpg = a + bT + cT2 + dT3 + eT4 [J/mol. K]



          T T T T e T T d T T c T T b T T a dT Cp_g 2 1 ) ( 5 ) ( 4 ) ( 3 ) ( 2 ) ( ₂ ₁ ₂2 ₁2 ₂3 ₁3 ₂4 ₁4 ₂5 ₁5

Tabel LB.2 Nilai Konstanta a,b,c,dan d untuk perhitungan Cp cairan

Komponen a (101_{) b}₍₁₀-1_{) c}₍₁₀-3_{) d}₍₁₀-6₎

Asam Asetat (CH3COOH) -18,944 1,0971 -0,0029 2,927E-06

Asam Akrilat (C3H4O2) 84,1540 0,5290 0,0014 1,729E-06

Propilen (C3H6) 54,7180 0,3451 -0,0016 3,875E-06

Akrolein (C3H4O) 71,6660 0,3544 -0,0011 1,764E-06

Air(H2O) 18,296 0,4721 -0,0013 0,314E-06

(Reklaitis, 1983 dan Yaws, C.L. 1998)

Cp = a + bT + cT2 + dT3 [J/mol K]



        T T T T d T T c T T b T T a CpdT 2 1 ) ( 4 ) ( 3 ) ( 2 ) ( 14 4 2 3 1 3 2 2 1 2 2 1 2

Tabel LB.3 Data Panas Laten Komponen

titik didih(K)

Panas laten (KJ/mol)

Asam Asetat (CH3COOH) _391,05 _24,3

Asam Akrilat (C3H4O2) ₄₁₄ _45,67

Akrolein (C3H4O) _325,6 _28,12

Air(H2O) 373 40,65

(Anonim, 2012 a ; Reklaitis , 1983) B.2 Panas Pembentukan Standar

Tabel LB.4 Data Panas Pembentukan Standar

Komponen ∆Hof (Kj/kgmol)

Asam Asetat (CH3COOH) -432,3000

Asam Akrilat (C3H4O2) -336.22624

Propilen (C3H6) 20.41792

Akrolein (C3H4O) -70.87696

Karbondioksida (CO2) -394

Nitrogen (N2) 1,7639

Air (H2O) -286

(31)

LB.1 Heater (E-101)

Suhu reaksi pada reaktor R-101 adalah 355 oC. Sedangkan campuran gas propilen,

oksigen, nitrogen dan air memiliki suhu 72.5 oC sehingga gas tersebut harus

dipanaskan terlebih dahulu pada heater (E-101) sebelum diumpankan kedalam reaktor (R-101) dari 72.5 o_{C hingga menjadi 355}o_C.

Neraca panas masuk Heater (T=72,50C=344,5K)

= 33.961.195 kJ/jam – 3.476.034,1 kJ/jam = 30.121.834,48 kJ/jam

(32)

Massa superheated steam (400oC) yang diperlukan adalah: m = Hl Hs dt dQ    / = 9 , 2631 78 , 11493933 = 4367,1620 kg/jam LB.2 Reaktor Oksidasi I (R-101)

Suhu reaksi pada reaktor R-101 adalah 355 oC (628 K).

Neraca panas masuk Reaktor (T=3550C=628K)

628 BP CpgdT) N10karbondioksida

R 1 : C3H6(g) + O2(g) C3H4O(g) + H2O(g)

Panas reaksi pada keadaan standar reaksi : Ho r,298,K = [∆Hof produk- ∆Hof reaktan] = [(Ho fC3H4O + HofH2O) – (Hof: C3H6+ Hof O2] = [ (-70,876 + -286) – ((20,4179+0))] = - 377kJ/mol = -377.000 kJ/kmol

Panas reaksi pada 355oC (628 K)

kmol/jam 1455 , 172 1 (0,7) 922 , 245 σ X N r C3H6 C3H6 1     

(34)

kmol/jam 7252 , 46 1 (0,19) 922 , 245 σ X N r C3H6 C3H6 3      Hr1 tot = (r1x Hr1) = (172,1455 x -302605,176) = - 52092131,7 kJ/jam R 2 : C3H6(g)+3/2O2(g) → C3H4O2(g) + H2O(g)

Panas reaksi pada keadaan standar reaksi : Ho r,298,K = [∆Hof produk- ∆Hof reaktan] = [(Ho fC3H4O2 + HofH2O) – (Hof: C3H6+ 3/2Hof O2] = [ (-336,2262 -286) – ((20,4179+0))] = - 643kJ/mol = -643.000 kJ/kmol

(35)

Panas reaksi pada keadaan standar reaksi : Ho

r,298,K = [∆Hof produk- ∆Hof reaktan]

= [(Ho

fC2H4O2 + HofH2O +HofCO2) – (Hof: C3H6+ 5/2Hof O2] = [ (-434,84 -394-286) – ((20,4179+0))]

= - 1135kJ/mol

= -1.135.000 kJ/kmol

628 15 , 298 dT Cp_propilen = (-1.135.000 + 89124,74) kJ/kmol = -1045944,5 kJ/kmol

Panas reaksi total (Hr3 tot) : Hr3 tot = (r2x Hr3)

= (46,7252 x -1045944,5) = - 48871985,09 kJ/jam Maka, panas reaksi total :

Hr tot = Hr1 + Hr2 + Hr3

= (-52092131,7 - 13.366.406,1 – - 48871985,09) kJ/jam

= -114330522,9 kJ/jam

Dengan demikian, selisih panas:



   2 1 2 1 T T in T T out r tot N CpdT N CpdT ΔH dt dQ  dt dQ _{-114330522,9 kJ/jam + 54172104,38 –}_438115798,6_kJ/jam

(36)

 dt dQ

-498.274.217 kJ/jam

Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar -498.274.217 kJ/jam.

Data air pendingin yang digunakan:

T masuk = 30oC  H = 117,43 kJ/Kg (Geankoplis, 2003)

T keluar = 60oC  H = 251,13 kJ/Kg (Geankoplis, 2003)

Air pendingin yang diperlukan adalah :

kg/jam 3726807,9 kJ/kg ) 251,13 -(117,43 kJ/jam 498274217 -C) (60 H -) C (30 H Qtotal m ₀ pendingin air 0 pendingin Air    LB.3 Heater (E-102)

Suhu reaksi pada reaktor R-101 adalah 300 oC. Sedangkan suhu campuran antara

keluaran knock out drum (akrolein, asam asetat, asam akrilat, air) dan udara (oksigen,

nitrogen) adalah 44 oC sehingga gas tersebut harus dipanaskan terlebih dahulu pada

heater (E-102) sebelum diumpankan kedalam reaktor (R-102) dari 44 oC hingga menjadi 300 o_C.

(37)

573 BP CpgdT) = (100 x 8296,66 ) + (376,19 x 8150) + 429,427 x (6492 + 40656 +5671,133) + (172,14 x ( 20467 + 28112 + 3428,67)) + ((27,05 x (17514,8 + 45669,6 + 61094,41) + ((46,725 x (15261,79 + 24306,7 + 12607,066) = 41.524.168 kJ/jam

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

= 41.524.168 kJ/jam – 1.624.546,3 kJ/jam = 39.899.621,59 kJ/jam

Medium pemanas yang digunakan adalah produk dari keluaran reaktor, dimana suhu keluaran reaktor 3550C dan laju panasnya 468152382,7 KJ/jam

Panas yang keluar reaktor = Qout reactor – Qs

= 498.274.217 KJ/jam - 39899621,59 KJ/jam = 458374596 KJ/jam

(38)

Panas keluaran reaktor dari preheter 458374596 KJ/jam ∑ n Cpmh (T2 – 298,15) = 458374596 KJ/jam

∑ n Cpmh (T2 – 298,15) = 2113,995 Kmol/jam ∑

_

T2

298,15CpdT

Dengan metode iterasi diperoleh T2 = 161,8 0C

LB.4 Cooler (E-103)

Suhu keluaran reaktor R-101 adalah 118 0C. Sedangkan untuk memisahkan gas

oksigen, nitrogen, dan karbondioksida dilakukan pada suhu 30 oC, sehingga keluaran

reaktor R-101 tersebut harus didinginkan terlebih dahulu pada cooler sebelum

diumpankan kedalam Vertical Knock Out Drums (FG-101) dari suhu 118 0C hingga

menjadi 28 oC.

Panas masuk cooler (T =161,8 0_C=389K₎

301 298 CpldT = 31,96 x 147,401 + 1359,94 x 146 + 172,14 x 625,644 + 46,725 x 645,075 + 429,427 x 374,65 +46,752 x 186,557 + 27,05 x 2065,05 = 566167,7704 kJ/jam Qtotal = (566167,7704 –458371963,7) kJ/jam

Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar 428618765,8 kJ/jam. Data air pendingin yang digunakan:

T masuk = 30oC  H = 117,43 KJ/Kg (Geankoplis, 2003)

T keluar = 40o_{C  H = 167,57 KJ/Kg} _{(Geankoplis, 2003)}

573 BP CpgdT) = 9,62 x 8296 + 376,19 x 8150 + 51,02 x (15261 + 24306.7 + 12607,06) + 4,3 x 11731,33 +429,427 x (6492,72 + 40656,2 + 5671,13) + 194,89 x (17514,8 + 45669,6 + 61094,412) kJ/jam = 52955514,98 kJ/jam

Reaksi di dalam Reaktor Oksidasi:

R 1 : C3H4O(g) + 1/2O2(g) C3H4O2(g) + H2O(g)

Panas reaksi pada keadaan standar reaksi : Ho r,298,K = [∆Hof produk- ∆Hof reaktan] kmol/jam 84 , 167 1 (0,975) 1455 , 172 σ X N r C3H4O C3H4O 1     

(41)

= [(Ho

fC3H4O ) – (Hof C3H4O2+ Hof O2] = [ (-336,226) – ((-70,87+0))]

= - 265,34kJ/mol

= -265.340 kJ/kmol

Ho r573K = Hor,298,15K + ∑σs



15 , 573 15 , 298 CpdT = ∆Hr(25oC)+ _      



573 15 , 298 dT Cp_asamakrila_t - _      



573 15 , 298 dT Cp_akrolein - _      



573 15 , 298 2dT Cp_O = (-265.340 + 64000) kJ/kmol = -201000 J/kmol

= (167,84 x 201000) = - 33800000 kJ/jam

R 2 : C3H4O (g)+3/2O2(g) →C2H4O2(g) + CO2(g)

Panas reaksi pada keadaan standar reaksi : Ho

r,298,K = [∆Hof produk- ∆Hof reaktan]

= [(Ho

fC2H4O2 + HofCO2) – (Hof: C3H4O + 3/2Hof O2] = [ (-434,843 -394) – ((-70,87+0))]

= - 758 kJ/mol

= -758.000 kJ/kmol

Panas reaksi pada 300o_{C (573 K)}

Ho r573K = Hor,298,15K + ∑σs



573 15 , 298 CpdT kmol/jam 303 , 4 1 (0,025) 1455 , 172 σ X N r C3H4O C3H4O 2     

(42)

= ∆Hr(25oC)+ _      



573 15 , 298 dT Cp_asamasetat + _      



573 15 , 298 2dT Cp_CO - _      



573 15 , 298 2dT Cp_O - _      



573 15 , 298 dT Cp_akrolein = (-758.000 + 36000) kJ/kmol = -754000 kJ/kmol

= (4,3036 x -754000) = - 3.250.000 kJ/jam Maka, panas reaksi total :

Hr tot = Hr1 + Hr2

= (- 33800000 - 3.250.000) kJ/jam

= -3700000 kJ/jam

Dengan demikian, selisih panas:



   2 1 2 1 T T in T T out r tot N CpdT N CpdT ΔH dt dQ  dt dQ _{-3700000 kJ kJ/jam +52955514,98 –}_41524168_kJ/jam  dt dQ _{-25.600.000kJ/jam}

Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar -25.600.000kJ/jam. Data air pendingin yang digunakan:

T masuk = 28o_{C  H = 117,43 kJ/Kg} _{(Geankoplis, 2003)}

(43)

Air pendingin yang diperlukan adalah : kg/jam 191574,4 kJ/kg ) 251,13 -(117,43 kJ/jam 25.600.000 -C) (60 H -) C (30 H Qtotal m ₀ pendingin air 0 pendingin Air    LB.6 Heater (E-104)

Suhu umpan masuk ke Unit Destilasi adalah 117,85 oC, sehingga umpan harus

dipanaskan dulu hingga mencapai suhu umpan masuk destilasi.

=29543677,56kJ/jam Qtotal = Qout - Qin

= (29543677,56 – 356647,455) kJ/jam

=29187030,1 kJ/jam

Medium pemanas yang digunakan adalah superheated steam. Massa superheated steam (400oC) yang diperlukan adalah: m = Hl Hs dt dQ    / = 9 , 2631 29187030,1 = 11100 kg/jam LB.7 Cooler (E-105)

Suhu keluaran reaktor R-102 adalah 3000C. Sedangkan untuk memisahkan gas

oksigen, nitrogen, dan karbondioksida dilakukan pada suhu 30 o_{C, sehingga keluaran}

reaktor R-102 tersebut harus didinginkan terlebih dahulu pada cooler sebelum

diumpankan kedalam Vertical Knockiut Drums (FG-102) dari suhu 3000C hingga

menjadi 30 oC.

Panas masuk cooler (T =3000C=573K)

Panas masuk alur 20 = Panas keluar Reaktor II (R-102)

Qin =N20oksigen



573 15 , 298 CpdT + N20nitrogen



573 15 , 298 CpdT + N20asam asetat(



BP CpldT 15 , 298 + HVL + Oksigen Nitrogen Asam Asetat Air Karbondioksida Asam Akrilat 3000_C Oksigen Nitrogen Asam Asetat Air Karbondioksida Asam Akrilat 30oC

301 298 CpldT = 9,623 x 147,4012 + 376,19 x146 + 51,02 x 645,075 + 429,427 x 374,659 + 4,3 x 186,557 + 194,89 x 2065,0554 = 653304,05 kJ/jam Qtotal = (653304,05–52955514,98) kJ/jam

Tanda Q negatif, berarti sistem melepas panas sebesar -52.302.210,93.kJ/jam.

T masuk= 28oC  H = 117,3 kJ/kg (Geankoplis, 2003)

T keluar= 60oC  H = 251,13 KJ/Kg (Geankoplis, 2003)

kg/jam 7 390810,811 kJ/kg ) 117,3 -(251,13 kJ/jam 3 52302210,9 -C) (30 H -) C (60 H Qtotal m ₀ pendingin air 0 pendingin Air   

(46)

LB.8 Unit Destilasi I (D-101)

Panas Masuk :

Panas yang masuk kondensor (VD) pada T = 117,85oC (390,85 K)



85 , 371 15 , 298 CpldT +N29 air



BP CpldT 15 , 298 + Asam Akrilat Asam Asetat Air Asam Akrilat Asam Asetat Air Asam Akrilat Asam Asetat Air

(47)

ΔHvl +



85 , 371 BP CpgdT = 20264519,12 kJ/jam

Panas yang masuk reboiler (Lb) pada T = 117,85 oC (391,071 K) Qin = N30asam akrilat



071 , 391 15 , 298 CpldT = 52790098,55 kJ/jam

Panas yang keluar reboiler (B) pada T = 144,75oC (417,75 K) Qout = N30asam akrilat



75 , 417 15 , 298 CpldT = 21031471 kJ/jam

Panas yang keluar reboiler (Vb) pada T = 144,75oC (417,75 K) Qout = N30asam akrilat



75 , 417 15 , 298 CpldT + ΔHvl + N30 asam asetat



BP CpldT 15 , 298 + ΔHvl+



,75 417 BP CpgdT = 102644181,4 kJ/jam LB.8.1 Kondensor Qs = Qoutput - Qinput Qs =(19382856,55 + 20264519,12) – 43214879,38 = -3567503,708 kJ/jam Data air pendingin yang digunakan:

T keluar = 40oC  H = 167,57 KJ/Kg (Geankoplis, 2003)

C) (40 H -) C (30 H Qtotal m ₀ pendingin air 0 pendingin Air 

(48)

LB.8.2 Reboiler Qs = Qoutput - Qinput

= (21031471 + 102644181,4) – 52790098,55 = 70885554,19 kJ/jam

Massa steam yang diperlukan:

Steam yang digunakan adalah saturated steam dengan kondisi:

Suhu :400 oC Tekanan : 5 atm m = Qs ∆H_vl (Smith, dkk. 1996) ΔHvl = 2631,9KJ/Kg (Smith, dkk. 1996) m = 2631,9 9 70885554,1 = 26933,2247 kg/jam LB.9 Unit Destilasi II (D-102) Panas Masuk :

Panas yang masuk kondensor (Qv) pada T = 95,2oC (368,2 K)

,65 391 BP CpgdT = 736079,2174 kJ/jam

Panas yang keluar reboiler (Vb) pada T = 118,65oC (391,65 K) Qout = N39asam akrilat



65 , 391 298 CpldT+ N39air



BP CpldT 298 + ΔHvl+



65 , 391 BP CpgdT = 6104146,44 kJ/jam

(50)

LB.9.1 Kondensor Qs = Qoutput - Qinput

Qs =( 41572,1002 + 2237031,3) – 2317544,78

= 38941,384kJ/jam

LB.9.2 Reboiler Qs = Qoutput - Qinput

= (736079,2174 + 6104146,44) -5034778 = 1805447,057 kJ/jam

Massa steam yang diperlukan:

Steam yang digunakan adalah superheated steam dengan kondisi:

Suhu :400 oC Tekanan : 5 atm m = Qs ∆Hvl (Smith, dkk. 1996) ΔHvl = 2631,9 KJ/Kg (Smith, dkk. 1996) m = 2631,9 7 1805447,05 = 2088,9862 kg/jam LB.10 Cooler (E-107)

Hasil produk bawah unit destilasi II (D-102) kemudian akan disimpan dalam tanki penyimpanan produk (TT-102) sehingga diperlukan unit cooler untuk menurunkan suhu dari 118,65oC menjadi 30oC.

kg/jam 776,653 kJ/kg ) 167,57 -(117,43 kJ/jam 38941,384 C) (40 H -) C (30 H Qtotal m ₀ pendingin air 0 pendingin Air   

(51)

= -678785,3058

kg/jam 7 13537,8002 kJ/kg ) 167,57 -(117,43 8kJ/jam 678785,305 C) (60 H -) C (30 H Qtotal m ₀ pendingin air 0 pendingin Air    Asam Asetat Asam Akrilat Air (118,65 oC) Asam Asetat Asam Akrilat Air (30oC) o

(52)

LB.11 Cooler (E-106)

Hasil produk bawah unit destilasi I (D-101) kemudian akan disimpan dalam tanki penyimpanan produk (TT-101) sehingga diperlukan unit cooler untuk menurunkan suhu dari 144,75oC menjadi 30oC.

Panas Masuk (T=144,75oC = 417 ,75 K): Qin = N32asam asetat



75 , 417 15 , 298 CpldT +N32 air



75 , 417 15 , 298 CpldT =21031471,36kJ/jam Panas Keluar (T=30oC = 303 K):

Panas Keluar alur = Qout = N33asam asetat



298 298 CpldT + N33 asam akrilat



298 298 CpldT +N33 air



298 298 CpldT = 0,2551 x 645,075 + 192,94 x 398431,8 = 398596,36 kJ/jam Maka Q total = (398596,36 – 21031471,36) = -20632875,01 kJ/jam Data air pendingin yang digunakan:

Air pendingin yang diperlukan adalah : Asam Asetat Asam Akrilat Air (144,75 oC) Asam Asetat Asam Akrilat Air (30oC) o

(53)

kg/jam 4 411505,285 kJ/kg ) 167,57 -(117,43 kJ/jam 1 20632875,0 C) (60 H -) C (30 H Qtotal m ₀ pendingin air 0 pendingin Air    LB.12 Cooler (E-108)

Suhu keluaran kompresor JC-102 adalah 774,40C. Sedangkan untuk menurunkan

suhu steam menjadi 151,8oC maka harus didinginkan terlebih dahulu pada cooler

sebelum diumpankan kedalam mixing point I.

Panas Masuk (T=744oC = 1017 K): Qin = N3asam asetat



1017 15 , 298 CpgdT = 183,4 kmol/jam x 24338,66561 kJ/kmol = 4463711,27 kJ/jam Panas Keluar (T=151,8oC = 424,8 K)

Qout = N42asam asetat



8 , 424 298 CpgdT = 183,4 kmol/jam x 1769,049 kJ/mol = 324443,667 kJ/jam Maka Q total = (398596,36 – 4463711,273) Steam (744 oC) Steam (151,8 oC)

(54)

= -4139267,60 kJ/jam Data air pendingin yang digunakan:

/jam 30929,29kg kJ/kg ) 167,57 -(117,43 kJ/jam 4139267,60 C) (60 H -) C (30 H Qtotal m ₀ pendingin air 0   

(55)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

LC.1 Tangki Penyimpanan Propilen ( C3H6) (V-101)

Fungsi : Menyimpan propilen untuk kebutuhan 10 hari Bahan Konstruksi : Low alloy steel SA-353

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

Jumlah : 4 unit

Data Perhitungan:

Temperatur, T = -4,63oC

Tekanan, P = 13 atm

Kebutuhan perancangan, t = 10 hari

Laju alir massa, F = 10328,7325 kg/jam

ρ dalam fasa cair, ρ = 507,5 kg/m3 (Hysis, 2012)

Perhitungan Ukuran Tangki: 1. Volume Tangki V propilen = ₃ / 507,5 / 24 10 / 10328,7325 m kg hari jam hari jam kg   = 4884,523 m3 V propilen untuk 1 tangki = 4884,523 m3/4 = 1221,1309 m3 V propilen = 322588,6 gal

Untuk tangki dengan volume lebih besar daripada 10.000 gal, maka digunakan tangki vertikal (Walas, dkk, 2005).

Faktor kelonggaran mengikuti Faktor kelonggaran = 20%

Volume tangki, Vt = 1,2 × 1221,1309 = 1,465.3571 m3

2. Diameter dan tinggi shell

Direncanakan:

Tinggi shell tangki : diameter tangki Hs : D = 5 : 4 Tinggi tutup tangki : diameter tangki Hh : D = 1 : 4 Volume shell tangki (Vs)

(56)

Vs = 3 16

5 D



Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal, Vh = 3 24 D  Volume tangki (V) V = Vs + 2Vh 1,465.3571 = 3 16 5 D  + 3 12D  1,465.3571 = 3 48 19 D 

Maka diameter tangki, D = 10.5609 m

Tinggi shell tangki, Hs =  13,2012

     D D Hs m

Tinggi tutup tangki, Hh =  2,6402

     D D Hh m Tinggi tangki, Ht = Hs + 2Hh = 18,4816 m

3. Tebal shell tangki dan tutup tangki

Untuk tutup atas tangki:

Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi = 1,317.2250 kPa

Pdesain = 1,2 × 1,317.2250 kPa = 1580,67 kPa Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :

Tinggi cairan dalam tangki, h = m m

m m 00 , 11 18,4816 1465,3571 1309 , 1221 3 3   Tekanan hidrostatik: P = ρ × g × h = 507 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 11,00 m = 54,713 kPa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:

P operasi = 1,317.2250 kPa + 54,713 kPa = 1371,93 kPa P desain = 1,2 × 1371,93 = 1646,326 kPa

Joint efficiency, E = 0,8 (Brownell dan Young, 1959) Allowable stress, S = 22500 psia= 155.131,4984 kPa (Brownell dan Young,1959) Faktor korosi, C = 0,0032 (Peters, 2004) Umur alat, n = 10 tahun

(57)

t = nC P SE D P    2 . 1 2 t =

10 (

0 ,

0032

)

1646,326

2 .

1

8 ,

0 4984

,

131 .

155

2 10.5609

1646,326

_

_







t = 4,0404 in

tebal shell standar yang digunakan = 4 in.

Tebal tutup tangki bawah :

t =

nC

P

SE

D

P

_





2 ,

0

2

t =

10 (

0 ,

0032

)

1646,326

2 ,

0

8 ,

0 4984

,

155131

2 10.5609

1646,326











t = 4,022 in

tebal shell standar yang digunakan = 4 in.

Tebal tutup tangki atas :

t =

nC

P

SE

D

P







2 ,

0

2

t =

10 (

0 ,

0032

)

1580,67

2 ,

0

8 ,

0 4984

,

155131

2 6306

,

8 1580,67

_

_







t = 1,4638

tebal shell standar yang digunakan = 1,5 in.

LC.2 Tangki Penyimpanan Larutan Asam Akrilat (TT-101)

Fungsi : Menyimpan larutan asam akrilat untuk kebutuhan 10 hari Bahan Konstruksi : Carbon Steel SA – 285 Grade C

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

Jumlah : 3 unit

Kondisi Operasi :

Tekanan = 1 atm = 101,325 kPa Temperatur = 25oC = 298,15 K