Pra Rancangan Pabrik Isopropil Asetat (IPAc) Dengan Bahan Baku Asam Asetat Dan Propilen Kapasitas 15.000 Ton/Tahun

(1)

LAMPIRAN A

HASIL PERHITUNGAN NERACA MASSA

Kapasitas Produksi = 15.000 ton/tahun Kemurnian Produk = 99,95 %

Basis Perhitungan = 1.000 kg/jam CH3COOH

Pada perhitungan ini digunakan perhitungan dengan alur maju dengan menggunakan basis perhitungan. Hal ini dikarenakan untuk mempermudah menentukan jumlah bahan yang akan direcycle kembali.

A.1. PERHITUNGAN NERACA MASSA BERDASARKAN BASIS 1.000

Kg/Jam CH3COOH TANPA RECYCLE

Tabel LA-1 Komposisi CH3COOH (Kirk-Othmer, 1999) Komponen % Berat kg/jam kmol/jam Yi

CH3COOH 1,000 1000 16,6667 1,0000

Reaksi yang terjadi adalah:

CH3COOH (aq) + C3H6 (g)  CH3COOCH(CH3)2 (aq)

Untuk efisisensi reaksi maka C3H6(g) yang digunakan berlebih dengan perbandingan mol CH3COOH : C3H6 untuk umpan reaktor adalah 1 : 2 (Bearse, 1947).

Jumlah kg C3H6 = (2/1 x 16,6667) = 33,3333 kmol/jam = 1400 kg/jam Jumlah C3H6 = (1/0,920 x 1400) = 1521,7391 kg/jam

Tabel LA-2 Komposisi C3H6 (Kirk-Othmer, 1999) Komponen % Berat kg/jam kmol/jam Yi

C3H8 0,0800 121,7391 2,7668 0,0766 C3H6 0,9200 1400,0000 33,3333 0,9234 1,0000 1521,7391 36,1001 1,0000

(2)

Jumlah katalis yang dibutuhkan adalah 5% dari mol asam asetat yang diperlukan pada reaksi (Bearse, 1947).

Jumlah katalis yang dibutuhkan = 0,5 x 16,6667 = 0,8333 kmol/jam Jumlah HF = 50% x 0,8333 = 0,4167 kmol/jam Jumlah BF3 = 50% x 0,8333 = 0,4167 kmol/jam

Tabel LA-3 Komposisi HF (Kirk-Othmer, 1999) Komponen % Berat kg/jam kmol/jam Yi

HF 0,6500 8,3333 0,4167 0,7200 H2O 0,3500 2,9167 0,1621 0,2800 1,0000 11,2500 0,5787 1,0000

Tabel LA-4 Komposisi BF3 (Kirk-Othmer, 1999) Komponen % Berat kg/jam kmol/jam Yi

BF3 1,0000 28,2526 0,4167 1,0000

Tabel LA-5 Data Nilai Berat Molekul (kg/ mol) (Kirk-Othmer, 1999) Rumus Molekul BM Rumus Molekul BM

CH3COOH 60 C3H6 42

HF 20 C3H8 44

BF3 67,8062 C5H10O2 102

H2O 18 HBF4 87,8062

Perhitungan awal diasumsikan tanpa recycle :

A.1.1. ALIRAN KELUAR DI MIXER (MX-101)

Fungsi : untuk melarutkan antara katalis HF dan BF3. dan membentuk senyawa kompleks HBF4.

2

5

MX-101

(3)

Pada Mixer (MX-101) terjadi pelarutan antara katalis HF dan BF3. dan membentuk senyawa kompleks HBF4. Senyawa ini akan terurai pada suhu antara 150-200 oC pada tekanan 1 atm (Michel Devic, et.al, 1985).

Reaksi yang terjadi:

HF(aq) + BF3(g)  HBF4-(aq)

Neraca Massa Total

Input = Output

1039,5026 kg/jam = 1039,5026 kg/jam

Komponen Input (Alur 2,3) Output Atas (Alur 5)

Kg kmol Kg kmol

HF 8,3333 0,4167 0,0000 0,0000

BF3 28,2526 0,4167 0,0000 0,0000 HBF4 0,0000 0,0000 246,8557 15,4285

H2O 2,9167 0,1620 2,9167 0,1620

Total 1039,5026 17,6620 1039,5026 16,8287

Fungsi : untuk menghomogenkan antara CH3COOH dengan katalis HBF4.

Input = Output

1039,5026 kg/jam = 1039,5026 kg/jam

Komponen Input (Alur 1,5) Output Atas (Alur 6) 1

6

MX-102

(4)

Kg kmol Kg kmol CH3COOH 1000,0000 16,6667 1000,0000 16,6667 HBF4 246,8557 15,4285 246,8557 15,4285

H2O 2,9167 0,1620 2,9167 0,1620

Total 1039,5026 17,6620 1039,5026 16,8287

A.1.3. ALIRAN KELUAR DI REAKTOR (R-101)

Fungsi : untuk merekasikan antara CH3COOH dengan propilen dengan bantuan katalis HBF4.

Reaksi yang terjadi dalam reaktor :

CH3COOH (aq) + C3H6 (g)  CH3COOCH(CH3)2 (aq) Data konversi (Bearse, 1947) :

Konversi terhadap CH3COOH = 70 - 80 % Untuk proses ini dipilih konversi reaksi sebesar 75%

Reaksi :

CH3COOH mula-mula = 1000 kg/jam

CH3COOH bereaksi = 75 % x 1000 kg = 750 kg/jam = 12,5 kmol/jam

Sisa reaksi = 250 kg/jam

C3H6 bereaksi = 1/1 x 12,5 kmol = 12,5 kmol/jam = 525 kg/jam

6

4

8

R - 101

(5)

CH3COOCH(CH3)2 terbentuk = 1/1 x 12,5 kmol = 12,5 kmol/jam = 1275 kg/jam

Input = Output

2561,2417 kg/jam = 2561,2417 kg/jam

Komponen

Input Output

Alur 6 Alur 4 Alur 8 Alur 7

Kg Kmol Kg Kmol Kg Kmol Kg

CH3COOH 1000 16,6667 - - 250 4,1667 - -

C3H6 - - 1400 3,3333 - - 875 20,8333

C3H8 - - 121,7391 0,0561 - - 121,7391 2,7667

HBF4 36,5859 0,4167 - - 36,5859 0,4167 - -

H2O 2,9167 0,1620 - - 2,9167 0,1620 - -

C5H10O2 - - - - 1275 12,5 - -

Sub Total 1039,5026 17,2454 1521,7391 36,1001 1564,5026 17,2454 996,7391 23,6001

Total 2561,2417 kg 53,3455 kmol 2561,2417 kg 40,8455 kmol

A.1.4. NERACA MASSA DI ACCUMULATOR (AC-101)

Fungsi: sebagai wadah penampungan sementara hasil dari reaktor (R-101).

Input (8) = Output (9)

1564,5026 kg/jam = 1564,5026 kg/jam

Komponen Input (Alur 6) Output (Alur 8)

Kg Kmol Kg Kmol

CH3COOH 250,0000 4,1667 250,0000 4,1667

(6)

HBF4 36,5859 75,7357 36,5859 75,7357 C5H10O2 1275,0000 1,0416 1275,0000 1,0416 H2O 2,9167 291,8417 2,9167 291,8417 Total 1564,5026 17,2454 1564,5026 17,2454

A.1.5. NERACA MASSA PADA KOLOM DESTILASI

Neraca Massa Kolom Destilasi (MD-101)

Fungsi: untuk memisahkan C5H10O2, dan H2O sebagian dari CH3COOH, HBF4 dan H2O.

Ditinjau dari titik didihnya :

(Sumber : Kirk-Othmer, 1999)

Maka dapat ditentukan :

• C5H10O2 semuanya ada pada hasil atas. • H2O terdistribusi pada hasil atas dan bawah

• CH3COOH dan HBF4 semuanya ada pada hasil bawah

Diperkirakan 43,7 % mol dari H2O akan terpisah sebagai hasil atas.

Fungsi: untuk memisahkan CH3COOH dan H2O dengan HBF4.

Diperkirakan CH3COOH dan H2O yang terpisahkan sebagai hasil atas adalah sebesar 100 % dari katalis senyawa kompleks HBF4.

A.1.4.1. Kolom Destilasi (MD-101)

Fungsi: untuk memisahkan C5H10O2, dan H2O sebagian dari CH3COOH, HBF4 dan H2O. Komponen Td °(C)

CH3COOH 117,82

HBF4 150

C5H10O2 88,6

(7)

Feed(9) = Hasil atas(10) + Hasil bawah(11)

1564,5026 kg/jam = 1276,2750kg/jam + 288,2276 kg/jam

Menentukan Kondisi Umpan Masuk Menara

Umpan masuk pada T = 370,58 K dan P = 1,0131 bar

Komponen kmol in Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki CH3COOH 4,1667 2500,0000 0,7573 0,7278 0,2416 0,1758 C5H10O2 12,5000 1275,0000 1,0441 1,0304 0,0094 0,0097 H2O 0,1620 2,9167 0,5089 0,5023 0,0242 0,0121 HBF4 0,4167 36,5859 1,1216 1,1069 0,7248 0,8023

Jumlah 12,2454 1564,5026 1,0000 1,0000

Menentukan Kondisi Puncak Menara

Perhitungan trial and error untuk memperoleh kondisi temperatur dew point dan bubble point pada puncak menara.

Menentukan harga P°

P°C5H10O2 = exp(A - B / (T + C)

= exp(4,5417 - 1496,8770 / (355 + -32,4550) = exp(0,0144)

= 0,9056 bar P°H2O = 0,6858 bar

MD - 101

11 9

(8)

Menentukan harga Ki KC5H10O2 = P°/P

= 0,9056 bar / 1,0133 bar = 0,8938

KH2O = 0,6858

Menentukan harga Yi

YiC5H10O2 = Kmol / Jumlah Mol

= 12,5000 kmol / 12,5787kmol = 0,9944

YiH2O = 0,0056

Menentukan harga

∑

Ki/Yi

Ki/YiC5H10O2 = 0,9944 / 0,6858 = 1,1125

Ki/YiH2O = 0,0083

∑

Ki/Yi = 1,1208

Perhitungan diatas diulang kembali dengan memvariasikan kondisi temperature sampai angka

∑

Ki/Yimendekati 1,0000.

Dengan cara trial and error pada microsoft excel diperoleh kondisi temperatur dew point dan bubble point pada puncak menara.

1. Dew Point

 Trial and error 1, dengan T = 355, diperoleh Yi/Ki = 1,1208

Berikut data excel yang diperoleh:

Komponen Kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki C5H10O2 12,5000 1275,0000 0,9056 0,8938 0,9944 1,1125 H2O 0,0708 2,9167 0,6858 0,6769 0,0056 0,0083

(9)

 Trial and error 2, dengan T = 365, diperoleh Yi/Ki = 0,9742 Berikut data excel yang diperoleh:

Jumlah 12,5787 1276,2750 1,00000 0,9742

 Trial and error 3, dengan T = 363,09, diperoleh Yi/Ki = 1,0000 Maka ditentukan:

Produk keluar pada Dew Point T = 363,09 K dan P = 1,0131 bar

Jumlah 12,5787 1276,2750 1,00000 1,0000

2. Bubble Point

 Trial and error 1, dengan T = 360, diperoleh Yi/Ki = 0,9583 Berikut data excel yang diperoleh:

Komponen Kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki C5H10O2 12,5000 1275,0000 0,9721 0,9944 0,9954 0,9540 H2O 0,0708 2,9167 0,7708 0,7607 0.0056 0,0043

Jumlah 12,5787 1276,2750 1,00000 0,9583

 Trial and error 2, dengan T = 365, diperoleh Yi/Ki = 1,0267

Berikut data excel yang diperoleh:

Jumlah 12,5787 1276,2750 1,00000 1,0267

(10)

Maka ditentukan:

Produk keluar pada Bubble Point T = 363,07 K dan P = 1,0133 bar

Jumlah 12,5787 1276,2750 1,00000 1,0000

Menentukan Kondisi Dasar Menara

Analog dengan menentukan kondisi puncak menara, diperoleh kondisi dasar menara sebagai berikut:

Komponen kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki CH3COOH 4,1667 250,0000 1,0433 1,0297 0,8914 0,8657 H2O 0,0912 1,6417 1,4916 1,4721 0,0195 0,0133 HBF4 0,4167 36,5859 0,7462 0,7364 0,0891 0,1210

Jumlah 4,6745 288,2276 1,0000 1,0000

Komponen kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki CH3COOH 4,1667 250,0000 1,0309 1,0174 0,8914 0,9069 H2O 0,0912 1,6417 1,4706 1,4514 0,0195 0,0283 HBF4 0,4167 36,5859 0,7364 0,7268 0,0891 0,0648

Jumlah 4,6745 288,2276 1,0000 1,0000

Neraca Massa Total Kolom Destilasi (MD-101)

Komponen Input (Alur 8) Output Atas (Alur 9) Output Bawah (Alur 10)

Kmol Kg Kmol Kg Kmol Kg

CH3COOH 4,1667 250,0000 0 0 4,1667 250,0000 C5H10O2 12,5000 1275,0000 12,5000 1275,0000 0 0 H2O 0,1620 2,9167 0,0708 2,9167 0,0912 1,6417

HBF4 0,4167 36,5859 0 0 0,4167 36,5859

(11)

Total 12,2454 1564,5026 17,2532 kmol 1564,5026 kg

Feed (11) = Hasil atas (12) + Hasil bawah (13)

197,3101 kg/jam = 193,68795 kg/jam + 3,6221 kg/jam

Komponen kmol in Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki CH3COOH 4,1667 250,0000 1,0309 1,0174 0,8914 0,9069 HBF4 0,0912 1,6417 0,7268 0,7268 0,0195 0,0283 H2O 0,4167 36,5859 1,4706 0,0891 0,0891 0.0648

Jumlah 4,6745 288,2276 1,0000 1,0000

Analog dengan Menara Destilasi (MD-101), diperoleh kondisi dasar menara sebagai berikut:

Komponen Kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki CH3COOH 4,1667 250,0000 1,0069 0,9937 0,9937 0,9848

MD - 102

13 11

(12)

H2O 0,4167 36,5859 1,4298 1,4111 0,0214 0,0152

Jumlah 4,2579 251,6417 1,0000 1,0000

Komponen Kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki CH3COOH 4,1667 250,0000 1,0042 0,9911 0.9786 0,9699 H2O 0,4167 36,5859 1,4253 1,4067 0,0214 0,0301

Jumlah 4,2579 251,6417 1,000000 1,0000

Komponen Kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki HBF4 36,5859 0,4167 1,0133 1,0000 1,0000 1,0000

Jumlah 36,5859 0,4167 1,0000 1,0000

Komponen Kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki HBF4 36,5859 0,4167 1,0133 1,0000 1,0000 1,0000

Jumlah 36,5859 0,4167 1,0000 1,0000

Kmol Kg Kmol Kg kmol Kg

CH3COOH 4,1667 250,0000 4,1667 250,0000 0 0 HBF4 0,0912 1,6417 0,00002 0,00131 0,4167 36,5859

H2O 0,4167 36,5859 0,4167 36,5859 0 0

Sub Total 4,6745 288,2276 4,2579 251,6417 0,4167 36,5859

(13)

A.2. NERACA MASSA UNTUK MASSA BERDASARKAN BASIS 1.000Kg/Jam

CH3COOH DENGAN RECYCLE

Kemudian untuk perhitungan recycle dihitung berdasarkan trial and error pada aliran masuk reaktor dengan dasar aliran masuk reaktor sama dengan aliran bahan baku ditambah aliran recycle menara destilasi II (MD-102) dan hasil atas reaktor (R-101). Propilen yang dibutuhkan = 1400 kg/jam

diasumsikan propilen recycle dari reaktor yaitu sebesar 62,5% dari propilen yang dibutuhkan.

Propilen recycle = 62,5% x 1400 kg = 875 kg/jam

Propilen supply = propilen yang dibutuhkan - propilen recycle = 1400 kg – 875 kg = 525 kg/jam

Propilen yang digunakan mengandung propana sebesar 8%. Propana yang dibutuhkan = 121,7391 kg/jam

Diasumsikan propana tidak ikut bereaksi sehingga:

Propana recycle = 100% x 121,7391 kg = 121,7391 kg/jam HBF4 yang dibutuhkan = 36,5859 kg/jam

Untuk menjaga ketersediaan HBF4 tidak tergantung dari keseluruhan recycle dan juga demi menjaga kelancaran proses nantinya jika terjadi abnormal proses.

Maka diasumsikan HBF4 dari menara destilasi (MD-102) sebesar 50% dari HBF4 yang dibutuhkan

HBF4 recycle = 50% x 36,5859 kg = 18,2930 kg/jam HBF4 supply = HBF4 yang dibutuhkan - HBF4 recycle

= 36,5859 kg – 18,2930 kg = 18,2930 kg/jam

Komponen Supply Recycle Output

Kg kmol Kg kmol Kg Kmol

CH3COOH 1000,0000 16,6667 - - 1000,0000 16,6667

C3H6 525 0,0324 875 0,0237 1400 33,3333

C3H8 - - 121,7391 6,9486 121,7391 11,7059

HF 4,1667 0,2083 - - - -

BF3 14,1263 0,2083 - - - -

HBF4 - - 18,2930 0,2083 36,5859 0,4167

(14)

Sub Total 1546,2096 29,7453 1015,0321 23,8085 2561,2417 53,5538 Total 2561,2417 kg 53,5538 kmol 2561,2417 53,5538

Pada Mixer (MX-101) terjadi pelarutan antara katalis HF dan BF3. dan membentuk senyawa kompleks HBF4. Senyawa ini akan terurai pada suhu antara 150-200 oC pada tekanan 1 atm (Michel Devic, et.al, 1985).

Reaksi :

HF(aq) + BF3(g)  HBF4-(aq)

Neraca Massa Total Mixer (MX-101) Input + Recycle = Output

1021,2096 kg/jam + 18,2930 kg/jam = 1039,5026 kg/jam

Komponen Input (Alur 2,3) Recycle (Alur 14) Output (Alur 5)

kg Kmol Kg Kmol Kg kmol

HBF4 - - 18,2930 0,2083 18,2930 0,2083

HF 4,1667 0,2083 - - - -

H2O _2,9167 _0,1620

_-

_2,9167 _0,1620

BF3 14,1263 0,2083 - - - -

Sub Total 1021,2096 17,2453 18,2930 0,2083 1039,5026 17,2453 Total 1039,5026 kg 17,4537 kmol 1039,5026 17,2453

2

5

MX-101

(15)

Fungsi : untuk menghomogenkan antara CH3COOH dengan katalis HBF4.

Reaksi :

HF(aq) + BF3(g)  HBF4-(aq) Neraca Massa Total Mixer (MX-102)

Input + Recycle = Output

1021,2096 kg/jam + 18,2930 kg/jam = 1039,5026 kg/jam

Komponen Input (Alur 1,2,3) Recycle (Alur 13) Output (Alur 5)

Kg Kmol Kg Kmol Kg kmol

CH3COOH 1000,0000 16,6667 - - 1000,0000 16,6667

HBF4 - - 18,2930 0,2083 18,2930 0,2083

H2O 2,9167 0,1620

-

2,9167 0,1620

Sub Total 1021,2096 17,2453 18,2930 0,2083 1039,5026 17,2453 Total 1039,5026 kg 17,4537 kmol 1039,5026 17,2453

A.2.3. ALIRAN KELUAR DI REAKTOR (R-101)

CH3COOH (aq) + C3H6 (g)  CH3COOCH(CH3)2 (aq) Data konversi (Bearse, 1947) :

Konversi terhadap CH3COOH = 70 - 80 % Untuk proses ini dipilih konversi reaksi sebesar 75%.

13

1

6

MX-102

(16)

Reaksi :

CH3COOH mula-mula = 1000 kg/jam

CH3COOH bereaksi = 75 % x 1000 kg = 750 kg/jam = 12,5 kmol/jam

C3H6 bereaksi = 1/1 x 12,5 kmol = 12,5 kmol/jam = 525 kg/jam

CH3COOCH(CH3)2 terbentuk = 1/1 x 12,5 kmol = 12,5 kmol/jam = 1275 kg/jam

Input + Recycle = Output

1039,5026 kg/jam + 525 kg/jam + 1015,0321 kg/jam = 2561,2417 kg/jam

Komponen

Input Output

Alur 6,7 Alur 5 Alur 4 Recycle (Alur 7)

kg kmol Kg Kmol kg Kmol Kg kmol

CH3COOH 1000,0000 16,6667 - - 250,0000 16,6667

C3H6 - - 525,0000 0,0324 875,0000 20,8333 875,0000 20,8333

C3H8 - - - - 121,7391 2,7668 121,7391 2,7668

HF 4,1667 0,2083 - - - -

BF3 14,1263 0,2083 - - - - - -

HBF4 - - - - 18,2930 0,2083 36,5859 0,4167

H2O 2,9167 0,1620 - - - - 2,9167 0.1620

C5H10O2 - - - - - - 1275,0000 12,5000

Sub Total 1039,5026 17,2453 525,0000 0,0324 1015,0321 23,8085 2561,2417 53,3454

Total 2561,2417 kg 53,5538 kmol 2561,2417 53,3454

6 R - 101 8

7

(17)

A.2.4. NERACA MASSA DI ACCUMULATOR (AC-101)

Fungsi: sebagai wadah penampungan sementara hasil dari reaktor (R-101).

Input = Output

1564,5026 kg/jam = 1564,5026 kg/jam

Komponen Input (Alur 6) Output (Alur 8)

Kg Kmol Kg Kmol

CH3COOH 250,0000 4,1667 250,0000 4,1667 HBF4 36,5859 75,7357 36,5859 75,7357 C5H10O2 1275,0000 1,0416 1275,0000 1,0416 H2O 2,9167 291,8417 2,9167 291,8417 Total 1564,5026 17,2454 1564,5026 17,2454

A.2.5. NERACA MASSA PADA KOLOM DESTILASI

Fungsi: untuk memisahkan C5H10O2, dan H2O sebagian dari CH3COOH, HBF4 dan H2O.

Ditinjau dari titik didihnya :

(Sumber : Kirk-Othmer, 1999) Komponen Td °(C)

CH3COOH 117,82

HBF4 150

C5H10O2 88,6

H2O 100

8 9

(18)

Maka dapat ditentukan :

• C5H10O2 semuanya ada pada hasil atas. • H2O terdistribusi pada hasil atas dan bawah

• CH3COOH dan HBF4 semuanya ada pada hasil bawah

Diperkirakan 43,7 % mol dari H2O akan terpisah sebagai hasil atas.

Diperkirakan CH3COOH dan H2O yang terpisahkan sebagai hasil atas adalah sebesar 100 % dari katalis senyawa kompleks HBF4.

Feed(9) = Hasil atas(10) + Hasil bawah(11)

1564,5026 kg/jam = 1276,2750kg/jam + 288,2276 kg/jam

Komponen kmol in Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki CH3COOH 4,1667 2500,0000 0,7573 0,7278 0,2416 0,1758 C5H10O2 12,5000 1275,0000 1,0441 1,0304 0,0094 0,0097 H2O 0,1620 2,9167 0,5089 0,5023 0,0242 0,0121 HBF4 0,4167 36,5859 1,1216 1,1069 0,7248 0,8023

Jumlah 12,2454 1564,5026 1,0000 1,0000

MD - 101

11 9

(19)

Analog dengan Menara Destilasi (MD-101), diperoleh kondisi puncak menara sebagai berikut:

Komponen kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki C5H10O2 12,5000 1275,0000 1,0145 1,0013 0,9944 0,9931 H2O 0,0708 2,9167 0,8257 0,8149 0,0056 0,0069

Jumlah 12,5787 1276,2750 1,00000 1,0000

Komponen kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki C5H10O2 12,5000 1275,0000 1,0143 1,0010 0,9954 0,9954 H2O 0,0708 2,9167 0,8253 0,8145 0.0056 0,0046

Jumlah 12,5787 1276,2750 1,00000 1,0000

Analog dengan Menara Destilasi (MD-101), diperoleh kondisi dasar menara sebagai berikut:

Komponen kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki CH3COOH 4,1667 250,0000 1,0433 1,0297 0,8914 0,8657 H2O 0,0912 1,6417 1,4916 1,4721 0,0195 0,0133 HBF4 0,4167 36,5859 0,7462 0,7364 0,0891 0,1210

Jumlah 4,6745 288,2276 1,0000 1,0000

Komponen kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki CH3COOH 4,1667 250,0000 1,0309 1,0174 0,8914 0,9069 H2O 0,0912 1,6417 1,4706 1,4514 0,0195 0,0283 HBF4 0,4167 36,5859 0,7364 0,7268 0,0891 0,0648

(20)

Kmol Kg Kmol Kg kmol Kg

CH3COOH 4,1667 250,0000 0 0 4,1667 250,0000 C5H10O2 12,5000 1275,0000 12,5000 1275,0000 0 0 H2O 0,1620 2,9167 0,0708 2,9167 0,0912 1,6417

HBF4 0,4167 36,5859 0 0 0,4167 36,5859

Sub Total 12,2454 1564,5026 12,5787 1276,2750 4,6745 288,2276

Total 12,2454 1564,5026 17,2532 kmol 1564,5026 kg

Feed = Hasil atas + Hasil bawah

197,3101 kg/jam = 193,68795 kg/jam + 3,6221 kg/jam

Komponen kmol in Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki CH3COOH 4,1667 250,0000 1,0309 1,0174 0,8914 0,9069 HBF4 0,0912 1,6417 0,7268 0,7268 0,0195 0,0283 H2O 0,4167 36,5859 1,4706 0,0891 0,0891 0.0648

Jumlah 4,6745 288,2276 1,0000 1,0000

MD - 102

14 11

12

(21)

Analog dengan Menara Destilasi (MD-101), diperoleh kondisi sebagai berikut:

Komponen Kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki CH3COOH 4,1667 250,0000 1,0069 0,9937 0,9937 0,9848 H2O 0,4167 36,5859 1,4298 1,4111 0,0214 0,0152

Jumlah 4,2579 251,6417 1,0000 1,0000

Komponen Kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki CH3COOH 4,1667 250,0000 1,0042 0,9911 0.9786 0,9699 H2O 0,4167 36,5859 1,4253 1,4067 0,0214 0,0301

Jumlah 4,2579 251,6417 1,000000 1,0000

Komponen kmol out Kg P° (bar) K Yi Yi/Ki HBF4 36,5859 0,4167 1,0133 1,0000 1,0000 1,0000

Jumlah 36,5859 0,4167 1,0000 1,0000

Komponen kmol out Kg P° (bar) K Xi Xi.Ki HBF4 36,5859 0,4167 1,0133 1,0000 1,0000 1,0000

(22)

LAMPIRAN B

HASIL PERHITUNGAN NERACA PANAS

B.1 Kapasitas Panas Gas Masing-masing Komponen

Kapasitas panas untuk gas masing – masing komponen dinyatakan dengan persamaan :

Cp = A + BT + CT2 + DT3 + ET4

Dimana : Cp = kapasitas panas gas pada suhu T (J/mol.K) A, B, C, D,E = konstanta kapasitas panas

T = suhu (K)

Tabel B.1 Kapasitas Panas Gas Muasing–masing Komponen

Komponen A B C D E Tmaks

C3H8 28,277 0,116 1,9597.10-4 -2,3271.10-7 6,8669.10-11 1500

C3H6 31,2898 0,072449 1,9481.10-4 -2,1582.10-7 6,2974.10-11 1500

CH3COOH 34,85 0,037626 2,8311.10-4 -3,0767.10-7 9,2646.10-11 1500

H2O 33,933 -8418.10-3 2,9906.10-5 -1,7825.10-8 3,6934.10-12 1500

HF 29,085 9,612.10-4 -4,4705.10-6 -6,783.10-9 -2,1975.10-12 1500

BF3 22,487 0,11814 -8,7099.10-5 -2,2344 10-8 1,2182.10-13 1500

HBF4 51,572 0,18910 -1,1557.10-4 -3,1694.10-8 -8,868.10-14 1500

C5H10O2 -45,829 0,79654 -7,989.10-4 -4,3031.10-7 -9,2988.10-11 1500

(Carl L. Yaws, 1996)

B.2 Kapasitas Panas Cairan Masing-masing Komponen

Kapasitas panas untuk cairan masing – masing komponen dinyatakan dengan persamaan :

Cp = A + BT + CT2 + DT3 + ET4

Dimana : Cp = kapasitas panas cairan pada suhu T (J/mol.K) A, B, C, D,E = konstanta kapasitas panas

(23)

B.3 Konstanta Antoine digunakan untuk menentukan tekanan uap murni suatu komponen pada suhu tertentu.

   

 

+ − =

T C

B A

P Ln °

Dimana : P° = tekanan uap murni suatu komponen pada suhu tertentu (bar) T = suhu (K)

A, B, C = konstanta

Tabel B.2 Konstanta Antoine Suatu Komponen pada Suhu Tertentu

Komponen A B C

C3H8 4,53678 1149,36 24,906

C3H6 3,97488 789,819 -26,15

CH3COOH 4,68206 1642,54 -41,189

H2O 3,55959 643,748 191,189

HF 4,9148 1556,559 24,199 BF3 4,68215 663,463 -30,795

HBF4 4,54172 1569,531 -64,79

C5H10O2 4,54172 1496,877 -32,455

(National Institute of Standards and Technology, 2011)

B.4 Panas Penguapan

Dimana : Tc = suhu kritis masing-masing komponen (K) Td = suhu didih masing-masing komponen (K) Hv = panas penguapan pada T (J/mol)

Tabel B.3 Panas Penguapan

Komponen Hv Tc Td Ω

C3H8 18773,1 369,83 230,95 0,43

C3H6 18372,6 364,85 225 0,142

CH3COOH 24308,7 592,71 391,2 0,462

H2O 40656,2 647,09 373 0,345

HF 31510,7 461,15 292,54 0,383

BF3 31798,3 260,9 173,1 0,43

(24)

C5H10O2 34213,2 538 361,6 0,355

(Carl L. Yaws, 1996)

B.5 Panas Pembentukan Standar

Panas pembentukan standar pada suhu 298 K (J/mol) Tabel B.4 Panas Pembentukan Standar

Komponen ΔHf C3H8 -103,8468

C3H6 20,4179

CH3COOH -425,5223

H2O -241,826

HBF4 -239,7

C5H10O2 -443,6555

(Reklaitis, 1998)

B.6 Perhitungan Neraca Panas

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

Kondisi referensi : 25°C (298 K) Kapasitas : 15000 ton/tahun

1. NERACA PANAS PADA KOMPRESOR (K-101)

Tujuan : menghitung beban panas đialam kompresor Pkompresor in = 1 atm

Pkompresor out = 2 atm

K-101

BF3

15

o

C

1 atm

BF3

26,92

o

C

2 atm

 Menentukan spesifik gravity komponen gas

Untuk komponen gas

Komponen BM Xi xi.BM

BF3 67,8062 1 67,8062

(25)

Untuk komponen udara

 Perhitungan efisiensi isentropic (Eisem)

( )(

0,31 1,55

)

Efisiensi polytropic = 78 %

poly

 Menentukan suhu keluaran kompresor



 Menghitung beban panas kompresor

(26)

∫

= 298K

300,85

Cp.dT n.

Q

Panas Masuk Kompresor = 18,39746469 J/jam

Panas Keluar pada T = 300,85 K

Keluar

Komponen Kmol Cp.dT n.Cp.dT BF3 0,7773 22,82286158 17,7402103

Jumlah 17,7402103

maka dW = VdP

W = 0,9663 m3 x (2,0266 – 1,0133) bar

W = 0,97914929 J/jam

Maka Q masuk total = 0,97914929 + 18,39746469 J/jam

= 19,37661398 J/jam

Qkompresi = Qoutput – Qinput

= 17,7402103 J/jam – 19,37661398 J/jam

= -1,636403681 J/jam

 Neraca Panas pada Kompresor(K-101)

Tabel B.5 Neraca Panas pada Kompresor(K-101)

Masuk Keluar

Input 19,3766139 Output 17,7402103 Qkompresi -1,6364036 Jumlah 19,3766139 Jumlah 19,3766139

2. NERACA PANAS PADA KOMPRESOR (K-102)

Tujuan : menghitung beban panas đalam kompresor Pkompresor in = 1atm

Pada proses ini dilakukan dalam 2 tahap: a. Pkompresor in = 1 atm

(27)

b. Pkompresor in = 10 atm Pkompresor out = 20 atm

K-102

29,92

o

C

20 atm

C3H6

15

o

C

1 atm

Untuk komponen gas

C3H8 44 0,18123 7,974110032 C3H6 42 0,81877 34,38834951 42,36245955

Untuk komponen udara

Udara BM Xi xi.BM

N2 28 0,790 22,120

O2 32 0,210 6,720

1,000 28,840

a. Pkompresor in = 1 atm Pkompresor out = 10 atm

Analog dengan perhitungan neraca panas pada kompresor (K-101) γ = 1,468878625

k = 1,046147626 (k – 1)/k = 0,044111964

Poly

E k

k n

n

× − =

−1 1

= 0,0565538

isen

E = 0,7686941 T2 = 328,0547 K

(28)

 Menghitung jumlah air pendingin yang dibutuhkan

Air pendingin masuk yang digunakan pada suhu 303 K (30 oC) dan Air pendingin keluar pada suhu 318 K (45 oC)

Jumlah air pendingin yang dibutuhkan : Cp = 34,06607 J/kmol

mair =

t Cp Q_pendingin

∆

.

mair =

) 30 45 ( / J 34,06607

J/Jam 949,22411

−

C kgo

= 1,8576 kg/jam b. Pkompresor in = 1 atm

k = 1,046147626 (k – 1)/k = 0,044111964

Poly

E k

k n

n

× − =

−1 1

= 0,0565538

isen

E = 0,7766244 T2 = 335,9699 K

Analog dengan menghitung beban panas kompresor (K-101) Trefren = 298 K

Tinput = 288 K Toutput = 335,9699 K

Panas Masuk Kompresor = 949,2241097 J/jam Panas Keluar pada T = 335,9699 K

Keluar

(29)

HE-102

T out : 100 0_C

T in : 62,9699 0_C

Qsteam W = 88,4976863 J/kg

Panas masuk total = 949,2241097 J/jam + 88,4976863 J/jam = 1037,721796 J/jam

= 970,1566262 J/jam – 1037,721796 J/jam

= 67,56516987 J/jam  Neraca Panas pada Kompresor (K-102)

Tabel B.6 Neraca Panas pada Kompresor(K-102)

Masuk Keluar

Input 1037,721796 Output 970,156627 Qkompresi 67,565169 Jumlah 1037,721796 Jumlah 1037,721796

3. NERACA PANAS PADA HEAT EXCHANGER (HE-102)

Fungsi : Memanaskan gas propilen dari 62,9 oC menjadi 100oC.

Trefren = 288 K Tinput = 335,9699 K Toutput = 373 K

∫

= 298K

303K

Cp.dT n.

Q

Panas Masuk Heat exchanger (HE-102)

Komponen Kmol Cp.dT n.Cp.dT

C3H8 5,1615 32,95145554 170,0804629 C3H6 23,3191 34,30986517 800,0761633 Total 970,1566262 Panas Keluar Heat exchanger (HE-102)

C3H8 5,1615 37,98332945 196,052714 C3H6 23,3191 37,73022472 879,835968

(30)

Qsteam = Qinput – Qoutput

= 1075,888681 J/mol - 970,1566262 J/mol = 105,7320549 J/mol

Menghitung jumlah steam yang dibutuhkan

Steam yang digunakan adalah saturated steam, dengan temperatur (T) 131,2 oC pada tekanan 2,8 bar.

ΔHv = 2721,5 J/kg ΔH l = 551,4 J/kg λsteam = (ΔHv – ΔHl) λsteam = (2721,5 J/kg – 551,4 J/kg) λsteam = 2170,1 J/kg

Jumlah steam yang dibutuhkan: msteam =

steam steam

Q

λ

=

J/kg 2170,1

J/hr 9 105,732054

= 0,048722 kg/jam Neraca Panas pada Heat exchanger (HE-102)

Tabel B.7 Neraca Panas pada Heat exchanger (HE-102)

Komponen Input Output

n.Cp.dt n.Cp.dt Qsteam

C3H8 170,0804629 196,052714 C3H6 800,0761633 879,835968 Subtotal

970,1566262 1075,888681 105,7320549 Total

970,1566262 970,1566262

4. NERACA PANAS PADA MIXER (MX-101)

Tujuan : menghitung beban panas di dalam mixer Pmixer = 2 atm

(31)

MX-101

30 0C 2 atm 30 0C

2 atm 30

0_C

2 atm

 Menghitung beban panas mixer Suhu masukan = 303 K

Masukan

Komponen Kmol Cp.dT n.Cp.dT BF3 0,7773 23,66842235 18,3974646 HF 0,388652146 29,08008318 17,1908883 H2O 0,302285002 33,97584288 14,6510537

HBF4 0,388652146 - -

Jumlah 50,2394068

Panas Keluar Mixer pada Suhu = 303 K Keluaran

BF3 0,7773 - -

HF 0,388652146 - -

H2O 0,302285002 33,97584288 14,6510537 HBF4 0,388652146 50,62360882 25,6912979

Jumlah 40,3423516

 Menghitung panas pelarutan

Pelarutan yang terjadi dalam mixer : HF(aq) + BF3(g)  HBF4-(aq)

Komponen Kmol ∆Hp n. ∆Hp

BF3 0,7773 58,15 45,1999

HF 0,388652146 -1395,6 -542,4029 H2O 0,302285002 -2442,3 -738,2706

(32)

Panas pelarutan :

ΔHp = (ΔHp awal - ΔHF hasil pelarutan)

= [ΔHpHBF4-] - [ΔHpHF + ΔHp BF3 + ΔHp H2O] = [ 0 ] - [ (-542,4029) + (45,1999) +(-738,2706] = 1235,4736 J/kg

Qcooling water =Qoutput – Qinput

= 40,3423516 J/mol – (50,2394068 + 1235,4736)) J/mol = 1245,3706 J/mol

Cpcooling water = 1,008 J/mol (Geankoplis, 2003) Tcw masuk HE = 300C = 303 K

Tcw keluar HE = 500C = 323 K

Δ T = 20 K

Kebutuhan cooling water = Qcooling water / Cp ΔT =

20 008 , 1

1245,3706 x

= 61,7743 kg/jam

 Neraca Panas pada Mixer (MX-101)

Tabel B.8 Neraca Panas pada Mixer (MX-101)

Masuk Keluar

Input 50,2394 Output 40,3423

Qpelarutan 1235,4736 Qcooling water -1245,3706 Jumlah 1285,7130 Jumlah 1285,7130 5. NERACA PANAS PADA MIXER (MX-102)

Fungsi : untuk menghomogenkan antara CH3COOH dengan katalis HBF4. Tujuan : menghitung beban panas di dalam mixer

Pmixer = 2 atm

MX-102

30 0_C

2 atm 30 0_C

2 atm 30

0_C

(33)

 Menghitung beban panas mixer Dari trial điapat suhu masukan = 303 K

∫

= 298K

303K

Cp.dT n.

Q

Masukan

Komponen Kmol Cp.dT n.Cp.dT H2O 0,302285002 33,97584288 14,651053 CH3COOH 31,09217167 34,66898627 1605,511874 HBF4 0,388652146 50,62360882 25,691297

Jumlah 1645,854226

Panas Keluar Mixer pada suhu = 303 K

∫

= 303K

298K

Cp.dT n.

Q

Keluaran

H2O 0,302285002 33,97584288 14,651053 CH3COOH 31,09217167 34,66898627 1605,511874 HBF4 0,388652146 50,62360882 25,691297

Jumlah 1645,854226

Qpencampuran = Qinput – Qoutput

= 1645,854226 J/jam – 1645,854226 J/jam

= 0J/jam

 Neraca Panas pada MIxer (MX-102)

Tabel B.9 Neraca Panas pada Mixer (MX-102)

Masuk Keluar

Input 1645,854226 Output 1645,854226

Qpencampuran 0

Jumlah 1645,854226 Jumlah 1645,854226

(34)

HE-101

T out : 100 0C T in : 30 0C

Qsteam

Trefren = 298 K

Tinput = 303 K

Toutput = 373 K

Panas Masuk Heat exchanger (HE-101)

H2O 0,3023 33,9758 14,6511

CH3COOH 31,0922 34,6689 1605,5118

HBF4 0,3886 50,6236 25,6913

Total 1645,8542 Panas Keluar Heat exchanger (HE-101)

H2O 0,3023 33,48212 14,50244

CH3COOH 31,0922 38,76775 1732,95142

HBF4 0,3886 64,23191 30,98019

Total 1778,43405

Qsteam = Qoutput – Qinput

= 1778,434059 J/mol - 1645,854226 J/mol = 132,5798334 J/mol

Analog dengan menghitung jumlah Steam yang dibutuhkan pada Heat Exchanger (HE-102).

steam steam

Q

λ

=

J/kg 2,1701

J/hr 4 132,579833

= 0,061093kg/jam Neraca Panas pada Heat exchanger (HE-101)

Komponen Input Output

n.Cp.dt n.Cp.dt Qsteam

H2O 14,6511

(35)

CH3COOH 1605,5118

1732,95142

HBF4 25,6913

30,98019 Subtotal 1645,8542

1778,43405 132,5798334

Total 1645,8542 1645,8542

7. NERACA PANAS PADA REAKTOR (R-101)

Tujuan : menghitung beban panas di dalam reaktor Preaktor = 20 atm

CH3COOH HBF4 C5H10O2

H2O 100 oC

20 atm

100 oC 20 atm R-101

C3H8 C3H6 CH3COOH

HBF4 C5H10O2

H2O

C3H8 C3H6 100 oC

20 atm

 beban panas reaktor

Panas masukan reaktor = Panas keluaran (HE-101) + (K-102) = 4360,450134 J/jam

Panas Keluar reaktor pada suhu = 373 K

∫

= 373K

298K

Cp.dT n.

Q

Keluaran

Komponen Kmol Cp.dT n.Cp.dT C3H8 5,1615 37,98332945 196,05271 C3H6 38,8652 37,73022472 1466,39328 HBF4 0,7773 65,09113635 62,35239 H2O 0,3023 33,46242319 14,30568 CH3COOH 23,3191 39,13757685 435,37752 C5H10O2 7,7730 9,23320827 561,95739

(36)

 Menghitung panas reaksi

CH3COOH (aq) + C3H6 (g)  CH3COOCH(CH3)2 (aq)

Panas reaksi pada T = 100oC, ΔHR 100 total

ΔH ro 100 = (ΔH produk + ΔHF reaksi - ΔH reaktan)

= [2736,43898] + [-1434,13064] - [4360,45013] = [ 1302,30834 ] - [4360,45013]

= -3058,14178 J/mol

ΔHr,t benilai negatif maka reaksi bersifat eksotermis dan memerlukan pendinginan.

 Menghitung Panas masuk

Panas masuk total = panas masuk reaktor + panas ΔHtotal r,t = 4360,450134 + (-3058,14178)

= 1745,96384 J/mol

 Menghitung Panas yang diserap air pendingin

Analog dengan panas yang diserap oleh air pendingin Mixer (MX-101) Panas yang diserap oleh air pendingin adalah

Qcooling water = 990,47514 J/mol

Kebutuhan cooling water = 80,555964 kg/jam  Neraca Panas pada Reaktor (R-101)

Tabel B.11 Neraca Panas pada Reaktor (R-101)

Masuk Keluar

Input 4360,45013 Output 2736,43898

ΔHtotal r,t -3058,14178 Qcooling water -990,47514 Jumlah 1745,96384 Jumlah 1745,96384

8. NERACA PANAS PADA KOMPRESOR(K-103)

Fungsi : mengkompres/mengalirkan propilen recycle kembali ke reaktor (R–101) Tujuan : menghitung beban panas đialam Kompresor

(37)

K-103

100 oC 20 atm C3H8

C3H6

100 oC

20 atm C3H8

C3H6

Untuk komponen gas

C3H8 44 0,882763433 38,84159107 C3H6 42 0,117236567 4,923935799

Jumlah 43,76552687

k = 1,000066112 (k – 1)/k = 6,61077.10-5

Poly

E k

k n

n

× − =

−1 1

= 8,47534.10-5

isen

E = 0,780014681 T2 = 373 K

Trefren = 298 K Tinput = 373 K Toutput = 373 K

Panas Masuk Kompresor = 947,2005434J/jam Panas Keluar pada T = 373 K

Keluar

Komponen Kmol Cp.dT n.Cp.dT C3H8 38,86521458 37,97429456 1475,879107 C3H6 5,161546285 37,72396267 194,713979

(38)

= 1670,593086 J/jam – 947,2005434 J/jam

= 723,3925427

 Neraca Panas pada Kompresor (K-103)

Tabel B.12 Neraca Panas pada Kompresor (K-103)

Masuk Keluar

Input 947,2005434 Output 1670,593086 Qkompresi 723,3925427

Jumlah 1670,593086 Jumlah 1670,593086

9. NERACA PANAS PADA EXPANSION VALVE (EV-101)

Fungsi : Mengkonversi tekanan keluar reaktor dari 20 atm menjadi 1 atm. Tujuan : menghitung beban panas đidalam expansion valve

Pexpansion valve in = 20 atm Pexpansion valve out = 1 atm

EV-101

CH3COOH HBF4

H2O C5H10O2

CH3COOH HBF4

H2O C5H10O2 100 oC

20 atm

60,74 oC 1 atm

 Menentukan spesifik gravity komponen cairan

Komponen Xi Tc xi.Tc Pc xi.Pc w xi.w

CH3COOH 0,15980 592,71 94,7122 59,04 9,4344 0,462 0,07383

H2O 0,00186 647,096 1,2060 218,201 0,4067 0,345 0,00064

HBF4 0,02339 615 14,3818 51,08 1,1945 0,395 0,00924

C5H10O2 0,81496 538 438,7460 33,96 27,6759 0,355 0,28931

Total 548,7460 38,7115 0,37301

Tr = 0,6797

74 , 548

373 ₌ =

Tc T

Pr = 0,5235

71 , 38

266 , 20

= =

Pc P

RTc H₁R

(39)

R

H₁ = R.Tc.(-0,5292)

= 8,314 x 548,7464 x (0,5292 = –2414,5039

Cp = 1073,9929

T2 = 373

9929 , 1073

5039 , 2414

1 + = − +

in R

T Cp H

= 370,75 K

 Menghitung beban panas Expansion valve Trefren = 298 K

Tinput = 323 K Toutput = 370,75 K

∫

= 298K

370,75K

Cp.dT n.

Q

Panas Masuk Expansion valve = 1073,992996 J/jam

Panas pada T = 370,75 K

Output

H2O 0,3022 33,4720584 14,371703 HBF4 0,7773 64,7055631 61,909257 CH3COOH 7,7730 7,7240097 523,472756 C5H10O2 23,3191 38,9699372 432,600348

Jumlah 1032,354064

Qexpansion valve = Qinput – Qoutput

= 1073,992996 J/jam – 1032,354064 J/jam

= 41,638932J/jam

 Neraca Panas pada Expansion valve (EV-101)

Tabel B.13 Neraca Panas pada Expansion valve (EV-101)

Masuk Keluar

(40)

HE-103

T out : 373,74 K T in : 370,75 K

Qsteam

10.NERACA PANAS PADA HEAT EXCHANGER (HE-103)

Fungsi : Memanaskan gas propilen dari 41,44 oC menjadi 97,58oC

Trefren = 298 K

Tinput = 314,44 K Toutput = 373,74 K

Panas Masuk Heat exchanger (HE-103) = Panas Keluar Expansion valver (EV-101) = 1032,3540 J/mol

Panas Keluar Heat exchanger (HE-103)

Output

H2O 0,3022 33,4593 14,3049

HBF4 0,7773 65,2177 62,4422

CH3COOH 7,7730 9,7279 572,2611

C5H10O2 23,3191 39,1932 435,6292

Jumlah 1084,6374

Qsteam = Qoutput – Qinput

= 1084,6374 J/mol – 1032,3540 J/mol = 52,2833 J/mol

Analog dengan menghitung jumlah Steam yang dibutuhkan pada Heat Exchanger (HE-102).

steam steam

Q

λ

=

J/kg 2170,1

J/hr 52,2833

(41)

Masuk Keluar

Input 1032,3540 Output 1084,6374

Qsteam 52,2833 Jumlah 1032,3540 Jumlah 1032,3540

11.NERACA PANAS PADA KOLOM DESTILASI (MD-101)

Fungsi : untuk memisahkan C5H10O2, dan H2O sebagian dari CH3COOH, HBF4 dan H2O.

Tujuan : menghitung kebutuhan air pendingin di kondensor dan menghitung kebutuhan steam di reboiler

Pdestilasi = 1 atm = 1,0133 bar

 Menentukan kondisi umpan masuk menara destilasi

Dew Point

Umpan masuk pada T = 373,74 °K dan P = 1,0133 bar

Komponen Kmol Xi P Ki yi.Ki

HBF4 0,7773 0,02416 0,536381 0,5293408 0,04564370 H2O 0,3023 0,00939 1,028041 1,0145482 0,00926124 CH3COOH 7,7730 0,24161 0,773250 0,7631011 0,31661691 C5H10O2 23,3191 0,72483 1,168495 1,1531585 0,62856248

Jumlah 32,1717 1,00000 1,00008433

Bubble Point

Umpan masuk pada T = 370,64 °K dan P = 1,0133 kPa

Komponen Kmol Xi P Ki yi.Ki

HBF4 0,7773 0,02416 0,509461 0,5027741 0,01214756 H2O 0,3023 0,00939 0,967097 0,9544043 0,00896756 CH3COOH 7,7730 0,24161 0,738135 0,7284468 0,17600058 C5H10O2 23,3191 0,72483 1,122448 1,1531585 0,80290814

(42)

 Menentukan beban panas Feed

Komponen Kmol n.Cp.dt n.Cp.dt n.Hv n.Cp.dt HBF4 0,7773 40,6925 40,2096 37,4502 231329,16 H2O 0,3023 14,6828 14,6949 12,2898 59189406,84 CH3COOH 7,7730 393,1526 393,6516 188,9526 5447992,33 C5H10O2 23,3191 -2167,1935 -2231,0245 -797,8220 506381,29 Jumlah 32,1717 -1718,6656 -1782,4684 -559,1296 99286889,77

∫

+ +

=

370,64K

298K 373,74K

298K

373,74K

Cp.dT n.

n.Hvap Cp.dT

n. H_V

= -1718,6656 + -559,1296 + -1782,4684 = -4060,2636 J/jam

J/jam -9025,0337 Cp.dT

n. H

298K

373,74K

=

∫

L

J/jam -1718,6656 Cp.dT

n. H

298K

373,74K

=

∫

f

= -0,47164

q = -0,47164 > 1 dan umpan masuk di atas Tbubble maka, kondisi umpan adalah

cair dingin.

Produk keluar pada Dew Point T = 393,09 °K dan P = 1,0133 bar

Komponen kmol out Kg P° atm K Yi Yi/Ki H2O 0,1321 2,3785 0,8257 08148 0,00563 0,00691 C5H10O2 23,3191 2378,5511 1,0145 1,0012 0,99436 0,99314

Jumlah 23,4512 1021,7136 1,00000 1,00005

Produk keluar pada Bubble Point T = 363,07°C dan P = 1,0133 bar

Komponen kmol out Kg P° atm K Xi Xi.Ki

(43)

Produk keluar pada Dew Point T = 395,21°K dan P = 1,0133 bar

Komponen kmol out Kg P° atm K Yi Yi/Ki

HBF4 0,7773 68,2521 0,7462 0,7364 0,0891 0,12104 H2O 0,1701 3,0626 1,4916 1,4720 0,0195 0,01325 CH3COOH 7,7730 466,3826 1,0433 1,0296 0,8914 0,86572

Jumlah 8,7204 537,6973 1,0000 1,00001

Produk keluar pada Bubble Point T = 394,3°K dan P = 1,0133 bar

Komponen kmol out Kg P° atm K Xi Xi.Ki

HBF4 0,7773 27,0891 0,73644 0,72677 0,08914 0,0648 H2O 0,1701 5,7735 1,47061 1,45131 0,01951 0,0284 CH3COOH 7,7730 174,7924 1,03090 1,01737 0,89135 0,9068

Jumlah 15,8553 207,6550 1,0000 1,0000

 Menentukan konstanta Underwood Komponen heavy key (j) = HBF4

Dimana q = -0,47164 maka, 1 – q = 1,47164

Dilakukan trial harga θ sampai persamaan di atas mendekati harga 1,47164. Dari trial diperoleh θ = 0,5869

Komponen Kmol xF K α α – θ (α-θ)/α xF /((α-θ)/α) HBF4 0,7773 0,024161 0,5293 1 0,4131 0,4131 0,0584872 H2O 0,3023 0,009396 1,0145 1,91662 1,3297 0,6938 0,0135430 CH3COOH 7,7730 0,241611 0,7631 1,44161 1,5916 0,5929 0,4075172 C5H10O2 23,3191 0,724832 1,1532 2,17848 0,8547 0,7306 0,9921162

(44)

 Menentukan Rm dan R

Komponen Kmol Xd xd /((α-θ)/α)

H2O 0,1321 0,005635 0,008122

C5H10O2 23,3191 0,994365 1,361040

Jumlah 23.4512 1,369162

Rm + 1 = 1,369162 Rm = 0, 369162

Untuk pendingin kondensor digunakan air. Dari buku Treyball didapat untuk pendingin air R/Rm = 1,2 – 1,3. Maka, diambil R/Rm = 1,25

R = 1,25 x 0, 369162 = 0,461452

 Menentukan komposisi cairan refluks (Lo)

R = Lo/D Lo = R x D

Komponen Kmol/jam kg/jam Lo (mol) Lo (kg)

H2O 0,1321 2,3786 0,06098 1,097588

C5H10O2 23,3191 2378,5511 10,76067 1097,588915 Jumlah 23,4512 2380,9297 10,82165 1098,686503

 Menentukan komposisi uap masuk kondensor (V)

V = Lo + D

Komponen V (mol) V (kg) H2O 0,193118 3,47614 C5H10O2 34,079804 3476,14 34,272922 3479,6162

 Menghitung panas yang dibawa masing – masing alur

Tabel B.14 Neraca Panas pada Menara Destilasi(MX-101)

Panas yang dibawa input feed (QF) pada T = 370,64 K

Komponen Kmol/jam Cp.dT n.Cp.dT

HBF4 0,7773 37,23802 40,6926

H2O 0,3023 34,70926 14,6829

(45)

Panas destilat keluar kondensor (QD) pada T = 363,07 K

Komponen kmol/jam Cp.dT n.Cp.dT

H2O 0,1321 34,6124 6,40724

C5H10O2 23,3191 –100,9256 –2012,20541 23,4512 –2005,79817

Panas refluks keluar kondensor (QLo) pada T = 363,07 K

H2O 0,06097 34,6124 2,9566

C5H10O2 10,7607 –100,9256 –928,5376 0.43672 –925,5810

Panas yang dibawa uap masuk kondensor (QV) pada T = 373,74 K

Komponen L (mol) Hv n.Hv Cp.dT n.Cp.dT H2O 0,1931 40656,2 7,8515 34,75004 9,38805 C5H10O2 34,0798 34213,2 1165,9791 –110,55796 –3260,53687

34,2729 1173,8306 –3251,14882

34,2729 –2077,31817

Panas hasil bawah (QW) pada T = 395,21 K

HBF4 0,7773 32,1264 36,8845

H2O 0,1701 35,0506 8,3327

CH3COOH 7,7730 34,1586 399,3940

8,7204 444,6112

CD-101

Air Pendingin 30 oC

Air Pendingin Bekas 45 oC H2O

C5H10O2

90,07 oC 1 atm 100,74 oC

1 atm H2O

(46)

 Neraca Panas pada Kondensor

QV = QLo + QD + QC

QC = –2005,79817 – (–2077,31817) = -71,519998 J/jam

Air pendingin masuk yang digunakan pada suhu 303 K (30 oC) dan air pendingin keluar pada suhu 318 K (45 oC).

Jumlah air pendingin yang dibutuhkan :

mair =

t Cp Qpendingin

∆

.

mair = 0,139963 kg/jam

RB-101 122,21 oC

1 atm

124 oC 1 atm Saturated Steam

131,2 oC ; 2,8 bar

Kondensat 131,2 oC ; 2,8 bar HBF4

H2O CH3COOH

HBF4 H2O CH3COOH

 Neraca panas di reboiler QF + QR = QD + QW + QC

QR = 854,0610 + 444,6112 + (–2005,7981) – (–1718,6656) = 1011,5397 J/jam

 Menghitung jumlah steam yang dibutuhkan

Analog dengan menghitung jumlah Steam yang dibutuhkan pada Heat Exchanger (HE-102).

steam steam

Q

λ

=

J/kg 217,01

J/hr 1011,5397

(47)

12.NERACA PANAS PADA KOLOM DESTILASI(MD-102)

Fungsi : untuk memisahkan CH3COOH dan H2O dengan HBF4.

Tujuan : menghitung kebutuhan air pendingin di kondensor dan menghitung kebutuhan steam di reboiler

Pdestilasi = 1 atm = 1,0133 bar

 Menetukan kondisi umpan masuk menara destilasi

Dew Point

Komponen Kmol Yi P Ki yi.Ki

H2O 0,1701 0,0195 1,4916 1,4720 0,01325 HBF4 0,7773 0,0891 0,7461 0,7363 0,12105 CH3COOH 7,7730 0,8914 1,0433 1,0296 0,86572

Jumlah 8,7204 1,0000 1,00002

Bubble Point

Komponen Kmol Xi P Ki xi.Ki

H2O 0,1701 0,0195 0,6987 0,6895 0,01345 HBF4 0,7773 0,0891 1,3886 1,3704 0,12215 CH3COOH 7,7730 0,8914 0,9827 0,9698 0,86441

Jumlah 8,7204 1,0000 1,00001

 Menentukan beban panas Feed

Komponen Kmol n.Cp.dt n.Cp.dt n.Hv n.Cp.dt

H2O 0,1701 8,0473 8,0487 6,9174 8,0441

HBF4 0,7773 64,7925 64,7924 24,4934 64,7847 CH3COOH 7,7730 448,2615 448,2615 247,1695 447,5485 Jumlah 8,7204 521,1013 521,1026 278,5803 520,3773

V

H = 1320,7843 J/jam J/jam 3773 , 20 5 H_L =

J/jam -521,1013 H_f =

Q = 0,99909 < 1 dan umpan masuk di atas Tbubble maka, kondisi umpan adalah

(48)

Komponen kmol out Kg P° atm K Yi Yi/Ki H2O 0,1701 3,06257 0,72943 0,71986 0,02142 0,02976 CH3COOH 7,7730 466,3825 1,02196 1,00854 0,97858 0,97028

Jumlah 7,9431 631,31313 1,00000 1,00004

Komponen kmol out Kg P° atm K Xi Xi.Ki H2O 0,1701 3,06257 0,7275 0,7180 0,02142 0,01538 CH3COOH 7,7730 466,3825 1,0195 1,0061 -0,97858 0,98462

Jumlah 7,9431 631,31313 1,00000 1,00000

Komponen kmol out Kg P° atm K Yi Yi/Ki HBF4 0,7773 68,2521 1,0132 0,99994 1,0000 1,00005

Jumlah 0,7773 68,2521 1,0000 1,00005

Produk keluar pada Bubble Point T = 373°K dan P = 1,0133 bar

Komponen kmol out Kg P° atm K Xi Xi.Ki HBF4 0,7773 68,2521 1,01334 1,00004 1,0000 1,00004

Jumlah 0,7773 68,2521 1,0000 1,00004

(49)

Umpan masuk sebagai cairan jenuh maka, q = 0,99909. Dilakukan trial harga θ sampai persamaan di atas mendekati harga 0. Dari trial diperoleh θ = 2,04

Komponen Kmol xF K Α α – θ (α-θ)/α xF /((α-θ)/α)

H2O 0,1701

0,01951 1,47203 1,9990 –0,0409 –0,0205 –0,000952 HBF4 0,7773

0,08914 0,73637 1,0000 –0,1400 –1,0400 –0,000086 CH3COOH 7,7730

0,89135 1,02961 1,3982 0,6417 0,4589 0,001942 Jumlah 8,7204

1,00000 0,000904

 Menentukan Rm dan R

Komponen Kmol Xd xd /((α-θ)/α)

H2O 0,1701 0,02142 –1,04539

CH3COOH 7,7730 0,97858 2,13199

Jumlah 7,9431 1,00000 1,08660

Rm + 1 = 1,08660 Rm = 0, 08660

R = 1,25 x 08660 = 0,108256

 Menentukan komposisi cairan refluks (Lo)

Komponen kmol/jam Kg/jam Lo (mol) Lo (kg)

H2O 0,1701 7,4863 0,01842 0,81044

CH3COOH 7,7730 466,3825 0,84148 50,48906 7,9431 0,85990 51,29950  Menentukan komposisi uap masuk kondensor (V)

Komponen V (mol) V (kg)

H2O 0,18856 8,29675

CH3COOH 8,61452 516,87163

8,80308 525,16838

 Menghitung panas yang dibawa masing-masing alur

(50)

Panas yang dibawa input feed (QF) pada T = 390,7 K

H2O 0,1701 33,3956 8,0474

HBF4 0,7773 68,0833 64,7924

CH3COOH 7,7730 40,5325 448,2615

8,7204 521,1013

Panas destilat keluar kondensor (QD) pada T = 393,462 K

H2O 0,1701 33,3866 8,0480

CH3COOH 7,7730 40,7619 450,4510

7,9431 458,4990

Panas refluks keluar kondensor (QLo) pada T = 393,462 K

Komponen kmol/jam Cp.dT n.Cp.dT H2O 0,01842 33,38667 0,87125 CH3COOH 0,84148 40,76187 48,76437

0,85990 49,63562

Panas dibawa uap masuk kondensor (QV) pada T = 395,21 K

Komponen L (mol) Hv n.Hv Cp.dT n.Cp.dT

H2O 0,18856 40,6562 7,66623 33,3812 8,91999

HBF4 – 31,5107 – 68,8333 –

CH3COOH 8,61452 31,7983 273,92732 40,90859 500,77906

Sub Total 9,66454 281,59355 500,77905

Total 9,66454 791,29259

Panas hasil bawah (QW) pada T = 372,995 K

HBF4 0,7773 48,0286 49,0896

0,7773 49,0896

 Neraca Massa pada Kondensor

(51)

Air pendingin yang digunakan pada suhu 303 K (30 oC) dan keluar sebagai air pendingin keluar pada suhu 318 K (45 oC)

Jumlah air pendingin yang dibutuhkan :

mair =

t Cp Qpendingin

∆ .

mair =

) 30 45 ( / J 1127,3558

J/Jam 2 332,793503

−

C kgo

= 0,6513 kg/jam  Neraca panas di reboiler

QR = 49,08958 + 458,49909 + 283,15788 – 521,10130 = 269,64525 J/jam

 Menghitung jumlah steam yang dibutuhkan

Analog dengan menghitung jumlah Steam yang dibutuhkan pada Heat Exchanger (HE-102).

steam steam

Q λ

=

J/kg 43,402

J/hr 269,64525

(52)

Komponen

Input (Alur 10)

Output Atas (Alur 11)

Output Bawah (Alur 12) (Alur 13) Kmol Kg Kmol Kg Kmol Kg Kmol Kg CH3COOH 4,1667 250,0000 4,1667 250,0000 - - - -

HBF4 0,0912 1,6417 0,00002 0,00131 0,2083 18,2935 0,2083 18,2935 H2O 0,4167 36,5859 0,4167 36,5859 - - - - Sub Total 4,6745 288,2276 4,2579 251,6417 0,4167 kmol 36,5859 Kg

Total 4,6745 288,2276 4,8645 kmol 288,2276 kg

A.3. NERACA MASSA UNTUK KAPASITAS PRODUKSI 15.000 ton/tahun

Kapasitas produksi per jam :

= 15000 ton/tahun x 1 tahun / 330 hari x 1 hari / 24 jam x 1000 kg / 1 ton = 1865,5303 kg/jam

Perhitungan dengan basis 1000 kg fresh feed didapatkan produk isopropil asetat sebesar 1865,5303 kg/jam. Untuk mendapatkan produk sebesar 1865,5303 kg/jam maka fresh feed yang dibutuhkan sebesar :

Bahan baku = (1865,5303 /1275) x 1000 kg/jam = 1463,1610 kg/jam

Factor scale – up = 1865,5303 /1463,1610 = 1,2750

(53)

A.3.1. NERACA MASSA UMPAN SETELAH ADA HASIL RECYCLE

Komponen Inject Recycle Output

Kg kmol Kg kmol Kg Kmol

CH3COOH 1865,5303 31,0922 - - 1865,5303 31,0922

C3H6 979,4034 23,3191 1632,3390 38,8652 2611,7424 62,1843

C3H8 - - 227,1080 5,1615 227,1080 5,1615

HF 7,7730 0,3887 - - - -

BF3 26,3530 0,3887 - - - -

HBF4 - - 34,1261 0,3887 68,2521 0,7773

H2O 5,4411 0,3023 - - 5,4411 0,3023

Sub Total 2884,5009 55,4909 1893,5731 44,4154 4778,0740 99,5177

Total 4778,0740 kg 99,9063 kmol 4778,0740 99,5177

A.3.2. NERACA MASSA PADA MIXER (MX -101)

Komponen Input (Alur 2,3) Output Atas (Alur 5)

Kg kmol Kg Kmol

HBF4 _34,1261 _0,3887 _68,2521 _0,7773

HF 7,7730 0,3887 - _-

BF3 26,3530

0,3887

- _-

H2O 5,4411 0,3023 5,4411 0,3023

Total 39,5672 1,0796 39,5672 0,6909

A.3.3. NERACA MASSA PADA MIXER (MX -102)

Komponen Input (Alur 1,5,13) Output Atas (Alur 6)

Kg kmol Kg kmol

CH3COOH _1865,5303 _31,0922 _1865,5303 _31,0922 HBF4 _34,1261 _0,3887 _68,2521 _0,7773

H2O 5,4411 0,3023 5,4411 0,3023

(54)

A.3.4. NERACA MASSA PADA REAKTOR (R -101)

Komponen

Input Output

Alur 8

Alur 6 Alur 4 Recycle (7)

Kg kmol kg Kmol Kg Kmol Kg kmol

CH3COOH 1865,5303 31,0922 - - - - 466,3826 7,7730

H2O 5,4411 0,3023 - - - - 5,4411 0,3023

HBF4 68,2521 0,7773 - - - - 68,2521 0,7773

C3H6 - - 979,4034 23,3191 1632,3390 38,8652 1632,3390 38,8652

C3H8 - - - - 227,1080 5,1615 227,1080 5,1615

C5H10O2 - - - 2378,5511 23,3191

Sub Total 1939,2236 32,1718 979,4034 23,3191 1859,4470 44,0268 4778,0740 76,1985

Total 4778,0740 kg 99,5177 kmol 4778,0740 76,1985

A.3.5. NERACA MASSA PADA ACCUMULATOR (AC-101)

Komponen Input (Alur 8) Output Atas (Alur 9)

Kg kmol Kg kmol

CH3COOH 466,3826 7,7730 31,1671 15,5835 HBF4 68,2521 0,7773 246,8557 15,4285

H2O 5,4411 0,3023

C5H10O2 2378,5511 22,6485

Total 2918,6270 32,1718 2918,6270 32,1718

A.3.6. NERACA MASSA PADA KOLOM DESTILASI (MD-101)

Kg kmol Kg Kmol Kg Kmol

CH3COOH 466,3826 7,7730 - - 466,3826 7,7730

HBF4 68,2521 0,7773 - - 68,2521 0,7773

H2O 5,4411 0,3023 2,3786 0,1321 3,0626 0,1701 C5H10O2 2378,5511 23,3191 2378,5511 23,3191 - - Sub Total 2918,6270 32,1718 2380,9297 23,4513 537,6973 8,7205

(55)

A.3.7. NERACA MASSA PADA KOLOM DESTILASI (MD-102)

Komponen

Input

(Alur 11)

Output Atas

(Alur 12)

Output Bawah

(Alur 13) (Alur 14)

Kg Kmol Kg Kmol Kg Kmol Kg Kmol

CH3COOH 466,3826 7,7730 466,3826 7,7730 - - - -

HBF4 68,2521 0,7773 - - 34,1261 0,3887 34,1261 0,3887

H2O 3,0626 0,1701 3,0626 0,1701 - - - -

Sub Total 537,6973 8,7205 469,4452 7,9432 68,2521 Kg 0,7773 Kmol

(56)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

1. Tangki Penyimpanan Cairan

Ada beberapa tangki penyimpanan, yaitu :

1. T-101 : Menyimpan asam asetat glasial untuk kebutuhan 10 hari 2. T-102 : Menyimpan hidrogen flourida untuk kebutuhan 120 hari 3. T-105 : Menyimpan isopropil asetat untuk kebutuhan 7 hari 4. T-106 : Menyimpan asam asetat untuk kebutuhan 30 hari Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 Grade C

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Jenis sambungan : Single welded butt joints

Jumlah : 1 unit

T-101

*) Perhitungan untuk T-101 Kondisi operasi :

Tekanan = 1 atm Temperatur = 30 °C

Laju alir massa = 1865,5303 kg/jam ρ = 1050 kg/m3

Kebutuhan perancangan = 10 hari Faktor kelonggaran = 20 %

(57)

Volume larutan,Vl = ₃ Direncanakan :

(58)

P0 = Tekanan operasi = 1 atm = 101,325 kPa

Analog perhitungan dapat dilihat pada T-101, sehingga diperoleh :

Tangki

2. Tangki Penyimpanan Gas

Ada beberapa tangki penyimpanan, yaitu :

(59)

2. T-104 : Menyimpan propilen untuk kebutuhan 7 hari Bahan konstruksi : Low Alloys Steel SA 202 B

Bentuk : Silinder Horizontal dengan penutup torrispherical dished head

Jenis sambungan : Single welded butt joints Jumlah : 1 unit

T-103

*) Perhitungan untuk T-103 Kondisi operasi :

Tekanan = 1 atm Temperatur = 15 °C

Laju alir massa = 52,7061 kg/jam ρ = 54,5443 kg/m3

Kondisi = gas

Kebutuhan perancangan = 7 hari Faktor kelonggaran = 20 % Perhitungan:

a. Volume tangki

Kapasitas Penyimpanan,Vg = ₃ / 5443 , 54

/ 24 7

/ 52,7061

m kg

hari jam hari

jam

kg × ×

= 162,34

m3

Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) x 162,34 m3 = 202,92 m3

b. Diameter dan panjang tangki Direncanakan :

L/D = n = 2

(60)

V = π

Analog perhitungan dapat dilihat pada T-103, sehingga diperoleh :

(61)

3. Pompa

Ada beberapa pompa, yaitu :

1. P-101 : memompa fluida dari T-101 menuju MX-102 2. P-102 : memompa fluida dari T-102 menuju MX-101 3. P-103 : memompa fluida dari MX-102 menuju MX-102 4. P-104 : memompa fluida dari MX-102 menuju R-101 5. P-105 : memompa fluida dari AC-101 menuju MD-101 6. P-106 : memompa fluida dari RB-101 menuju MD-102 7. P-107 : memompa fluida dari CD-101 menuju T-105 8. P-108 : memompa fluida dari CD-102 menuju T-106

9. P-109 : memompa fluida dari RB-102 menuju pengolahan limbah dan recycle

Jenis : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 unit

T-101

P-101

MX-102

*) Perhitungan untuk P-101 Kondisi operasi :

T = 300C

Laju alir massa (F) = 1865,5303 kg/jam = 1,1424 lbm/s Densitas (ρ) = 1050 kg/m3 = 65,5492 lbm/ft3 Viskositas (µ) = 1,0489 cP = 0,0007 lbm/ft.s Laju alir volumetrik (Q) =

3

/ 65,5492

/ 1,1424

ft lbm

s lbm

= 0,01742 ft3/s

(62)

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Timmerhaus,1991) = 3,9 (0,01742 ft3/s )0,45 ( 65,5492 lbm/ft3)0,13

= 1,09 in

Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1983, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal :1 in 14

Schedule number : 40

Diameter Dalam (ID) : 1,38 in = 0,11499 ft Diameter Luar (OD) : 1,66 in = 0,13833 ft Inside sectional area : 0,0104 ft2