LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Waktu operasi : 330 hari / tahun ; 24 jam / hari Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan operasi : kilogram (kg)

Bahan baku : - Bisfenol-a (C15H16O2) - Natrium hidroksida (NaOH) - Fosgen (COCl2)

- Katalis (piridin) (C5H5N) - Metilen klorida (CH2Cl2)

Produk akhir : Polibisfenol-a Karbonat (polimer) ((C16H14O3)43) Kapasitas Produksi : 3787,8788 kg/jam

LA.1 Reaktor Deprotonasi (R-101)

Dalam reaktor ini terjadi reaksi deprotonasi untuk menghasilkan garam bisfenol dan air.

Reaktor Deprotonasi (R-101)

NaOH

garam bisfenol NaOH

Air Bisfenol-a Bisfenol-a

(3)

(4) (2)

Konversi reaksi = 95% (Fu Sheng, 2009) Basis = F2bisfenol = 3513,4890 kg/jam

N bisfenol = kmol

kmol kg

kg bisfenol

Mr

bisfenol massa

4100 , 15 /

228 4890 , 3513

r1 = konversi × N bisfenol = 0,95 × 15,4100 = 14,6395 kmol/jam Reaksi yang terjadi di dalam reaktor :

2NaOH(l) + C15H16O2(s) → C15H14O2Na2(l) + 2H2O(l)

M 30,8201 15,4100 - -

B 29,2791 14,6395 14,6395 29,2791

(2)

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 :

Bisfenol-a : F2bisfenol-a = N2bisfenol-a × Mr = 15,4100 × 228 = 3513,4890 kg/jam F4bisfenol-a = N4bisfenol-a × Mr = 0,7705 × 228 = 175,6745 kg/jam NaOH : F3NaOH = N3 NaOH × Mr = 30,8201 × 40 = 1232,8032 kg/jam

F4NaOH = N4 NaOH × Mr = 1,5410 × 40 = 61,6402 kg/jam Garam bisfenol : F4garam bisfenol = N4 aram bisfenol × Mr = 14,6395 × 272

F4garam bisfenol = 3981,9543 kg/jam

Air : F4air = N4 air × Mr = 29,2791 × 18 = 527,0234 kg/jam

Neraca Massa Total : F4 = F2 + F3

F4 = F2 bisfenol-a + F3 NaOH = 3513,4890 + 1232,8032 = 4746,2922 kg/jam F4 = F4bisfenol-a + F4NaOH + F4garam bisfenol + F4air

F4 = 175,6745 + 61,6402 + 3981,9543 + 527,0234 = 4746,2922 kg/jam

LA.2 Reaktor Polimerisasi (R-102)

Dalam reaktor ini terjadi reaksi polimerisasi untuk menghasilkan polimer (polibisfenol-a karbonat) dan NaCl.

Reaktor Polimerisasi (R-102) Garam bisfenol

NaOH Air Bisfenol

polikarbonat metilen klorida

piridin air NaCl Garam bisfenol

Bisfenol NaOH fosgen

(8) (16)

(13) (7)

(9) (10) Metilen klorida

Piridin Metilen klorida

(3)

Konversi reaksi = 99,83% (Moyer et al, 1961)

r2 = konversi × Ngaram bisfenol = 0,3399 43

6395 , 14 9983 , 0

kmol/jam Reaksi yang terjadi di dalam reaktor polimerisasi :

43C15H14O2Na2 + 43COCl2 → (C16H14O3)43 + 86NaCl

M 14,6395 14,6395 - -

B 14,6147 14,6147 0,3399 29,2293

S 0,0249 0,0249 0,3399 29,2293

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 :

Garam bisfenol : F16garam bisfenol = N16 garam bisfenol × Mr = 0,0249 × 272 F16garam bisfenol = 6,7693 kg/jam

F8garam bisfenol = F4garam bisfenol = 3981,9543 kg/jam

Fosgen : F13fosgen = N13fosgen × Mr = 0,0249 × 99 = 2,4623 kg/jam F10fosgen = N10fosgen × Mr = 14,6395 × 99 = 1449,3105 kg/jam Polikarbonat : F16 polikarbonat = N16 polikarbonat × Mr = 0,3399 × 10922

F16 polikarbonat = 3712,1212 kg/jam

NaCl : F16 NaCl = N16 NaCl × Mr = 29,2293 × 58,5 = 1709,9141 kg/jam NaOH : F16NaOH = F8NaOH = 61,6402 kg/jam

Bisfenol-a : F16bisfenol-a = F8bisfenol-a = 175,6745 kg/jam Air : F16air = F8air = 527,0234 kg/jam

Metilen klorida: F16metilen klorida = F9 metilen klorida + F7 metilen klorida F16metilen klorida = 4778,3451 kg/jam

Piridin : F9 Piridin= N9 Piridin × Mr

N9 Piridin = 0,1 × N4 garam bisfenol = 0,1 × 14,6395 = 1,4640 kmol F9 Piridin= 1,4640 × 79 = 115,6523 kg/jam

(4)

Neraca Massa Total : F8 = F4 = 4746,2922 kg/jam

F9 = F9 metilen klorida + F9 Piridin = 716,7518 + 115,6523 = 832,4041 kg/jam F7 = F7 metilen klorida = 4061,5933 kg/jam

F10 = F10fosgen =1449,3127 kg/jam

F13 + F16 = F8+ F9+ F7+ F10 = 4746,2922 + 832,4041 + 4061,5933 + 1449,3127 F13 + F16 = 11089,6024 kg/jam

F13 + F16 = F13fosgen + F16garam bisfenol + F16 polikarbonat + F16 NaCl + F16NaOH + F16bisfenol-a + F16air + F16metilen klorida + F16 Piridin

F13 + F16 = 2,4623 + 6,7693 + 3712,1212 + 1709,9141 + 61,6402 + 175,6745 + 527,0234 + 4778,3451 + 115,6523

F13 + F16 = 11089,6024 kg/jam.

LA.3 Mixing Point I (M-101)

Mixing Point I

(M-101)

fosgen fosgen

fosgen

(5) (10)

(14)

Neraca Massa Komponen:

F14 fosgen = F13 fosgen = 2,4623 kg/jam. F10 fosgen = 1449,3127 kg/jam.

(5)

LA.4 Dekanter I (FL-101)

Dekanter I (FL-101) polikarbonat

metilen klorida piridin

air NaCl Garam bisfenol

Bisfenol NaOH

Garam bisfenol NaOH

Air Bisfenol

NaCl

(16) (18)

(19)

Metilen klorida Polikarbonat

Piridin

F16 = F16garam bisfenol + F16 polikarbonat + F16 NaCl + F16NaOH + F16bisfenol-a + F16air + F16metilen klorida + F16 Piridin

F16 = 6,7693 + 3712,1212 + 1709,9141 + 61,6402 + 175,6745 + 527,0234 + 4778,3451 + 115,6523

F16 = 11087,1401 kg/jam

F19metilen klorida = F16metilen klorida = 4778,3451 kg/jam F19 polikarbonat = F16 polikarbonat = 3712,1212 kg/jam F19 piridin = F16 Piridin = 115,6523 kg/jam

F19 = F19metilen klorida + F19 polikarbonat + F19 piridin

F19 = 4778,3451 + 3712,1212 + 115,6523 = 8606,1187 kg/jam

F18NaOH = F16NaOH = 61,6402 kg/jam

F18garam bisfenol = F16garam bisfenol = 6,7693 kg/jam F18 NaCl = F16 NaCl = 1709,9141 kg/jam

F18bisfenol-a = F16bisfenol-a = 175,6745 kg/jam F18air = F16air = 527,0234 kg/jam

F18 = 61,6402 + 6,7693 + 1709,9141 + 175,6745 + 527,0234 = 2481,0214 kg/jam

Neraca Massa Total : F16 = F19 + F18

(6)

LA.5 Dekanter II (FL-102)

Dekanter II (FL-102) polikarbonat

metilen klorida

piridin _{Metilen klorida}

piridin

(19) (20)

(21)

Metilen klorida Polikarbonat

Piridin

Metilen klorida (17)

Prinsip kerja:

Penambahan pelarut inert metilen klorida sebanyak 50% dari total metilen klorida yang ditambahkan di reaktor polimerisasi (R-102). Dengan penambahan ini akan mengakibatkan semakin viscousnya polikarbonat dan akan membentuk dua fasa antara larutan organik dan larutan aqueous. Efisiensi pemisahan sebesar 90% yang artinya 10% piridin akan berada di fasa organik dan 90%nya berada di fasa aqueous dan sebaliknya untuk metilen klorida. Sedangkan polikarbonat seluruhnya berada di fasa organik.

Pemisahan dilakukan secara gravitasi sehingga fasa aqueous akan keluar secara melalui aliran atas, dan fasa organik akan keluar melalui bagian bawah.

F19metilen klorida = 4778,3451 kg/jam F19 polikarbonat = 3712,1212 kg/jam F19 piridin = 115,6523 kg/jam

F17metilen klorida = 0,5 × (F7metilen klorida + F9metilen klorida )

F17metilen klorida = 0,5 × 4778,3451 kg/jam = 2389,1726 kg/jam F20 metilen klorida = 0,1 × (F17metilen klorida + F19metilen klorida )

F20 metilen klorida = 0,1 × (2389,1726 + 4778,3451) = 716,7518 kg/jam F21 metilen klorida = 0,9 × (F17metilen klorida + F19metilen klorida )

F21 metilen klorida = 0,9 × (2389,1726 + 4778,3451) = 6450,7659 kg/jam F21 polikarbonat = F19 polikarbonat = 3712,1212 kg/jam

(7)

F20 piridin = 0,9 × 115,6523 = 104,0871 kg/jam F21 piridin = 0,1 × F19 piridin

F21 piridin = 0,1 × 115,6523 = 11,5652 kg/jam

Neraca Massa Total:

F19 + F17 = F19metilen klorida + F19 polikarbonat + F19 piridin + F17metilen klorida

F19 + F17 = 4778,3451 + 3712,1212 + 115,6523 + 2389,1726 = 10955,2912 kg/jam. F20 + F21 = F20metilen klorida + F20 piridin + F21metilen klorida + F21 piridin + F21 polikarbonat

F20 + F21 = 716,7518 + 104,0871 + 6450,7659 + 11,5652 + 3712,1212 F20 + F21 = 10955,2912 kg/jam.

LA.6 Mixing Point III (M-103)

Mixing Point III

(M-103) piridin

(6) (9)

(12) _{metilen klorida}piridin

piridin metilen klorida

Neraca Massa Komponen: F12 piridin = 78,4191 kg/jam. F12 metilen klorida = 540 kg/jam. F9 piridin = 87,1324 kg/jam.

(8)

LA.7 Washer (W-101)

Pada washer ini ditambahkan sejumlah air panas bersuhu 80 oC untuk menetralisir pH larutan.

Washer

(W-101) polikarbonat

piridin air air

(21) (27)

(26)

Neraca Massa Komponen: F21 piridin = 11,5652 kg/jam. F21 polikarbonat = 3712,1212 kg/jam. F21 metilen klorida = 6450,7659 kg/jam.

F26 air = F21 = F21metilen klorida + F21 piridin + F21 polikarbonat = 10174,4524 kg/jam. F27 piridin = 11,5652 kg/jam.

F27 polikarbonat = 3712,1212 kg/jam. F27 metilen klorida = 6450,7659 kg/jam. F27 air = F26 air = 3712,1212 kg/jam.

Neraca Massa Total:

F21 + F26 = F21metilen klorida + F21 piridin + F21 polikarbonat + F26 air

F21 + F26 = 6450,7659 + 11,5652 + 3712,1212 + 10174,4524 = 20348,9047 kg/jam. F27 = F27metilen klorida + F27 piridin + F27 polikarbonat + F27 air

(9)

LA.8 Splitter (SP-101)

Fungsi splitter adalah untuk membagi aliran metilen klorida (recycle) ke mixing point II dan ke dekanter II. Pembagian didasarkan pada penambahan 50% metilen klorida ke dekanter II berasal dari Splitter.

Splitter (SP-101) metilen klorida

(23) (11)

(17) _{metilen klorida}

metilen klorida

F23metilen klorida = 6403,5393 kg/jam.

F17metilen klorida = 0,5 × (F7metilen klorida + F9metilen klorida ) = 2389,1726 kg/jam F11metilen klorida = F23metilen klorida - F17metilen klorida

F11metilen klorida = 6403,5393 - 2389,1726 = 4014,4227 kg/jam.

Neraca Massa Total: F23 = F17 + F11

F23 = 2389,1726 + 4014,4227 = 6403,5393 kg/jam.

LA.9 Flash Drum (S-101)

Alat ini digunakan untuk memisahkan pelarut (metilen klorida) dari campurannya sehingga dapat direcycle ke reaktor polimerisasi (R-102).

Prinsip peristiwa perpindahan:

Perbedaan komposisi fasa cair dan fasa uap setiap zat dalam campuran pada saat kesetimbangan atau perbedaan atau perpindahan titik didih (boiling point)/tekanan uap (vapor pressure) setiap zat dalam campuran pada kondisi operasi alat (Walas, 1988).

Prinsip kerja alat:

(10)

bagian bottom sedangkan zat dengan komposisi fasa uap yang lebih banyak akan berada pada bagian atas (menguap) (Geankoplis, 2003 ; Walas, 1988).

Flash Drum (S-101) polikarbonat

air

piridin air

(27) (33)

(31) metilen klorida piridin

air

Dimana:

 Titik didih senyawa pada tekanan 1 atm (101, 325 kPa)

 Air (H2O) 100oC (Windhloz, 1983)

 Metilen klorida (CH2Cl2) 39,6oC (Perry, 2008)

 Piridin (C5H5N) 115,2oC (Perry, 2008)

Polikarbonat ((C16H14O3)43) diasumsikan seluruhnya berada pada aliran bottom karena titik flash yang sangat jauh yaitu 630 oC (Cityplastic, 2009) sehingga untuk penghitungan komposisi keseimbangan hanya ada 3 komponen yaitu air, metilen klorida, dan piridin.

 Laju alir massa

 F27 = 20348,9047 kg/jam

 F27air = 10174,4524 kg/jam

 F27metilen klorida = 6450,7659 kg/jam

 F27 piridin = 11,5652 kg/jam

(11)

 Penentuan temperatur flash drum

 Fraksi masing – masing komponen pada umpan (alur 27) X27 air = 0,1219

X27 metilen klorida = 0,8768 X27 piridin = 0,0013

Pada kondisi operasi : P = 1 atm (101,325 kPa) T = 50 oC (323,15 K)

Xi = Zi

Pbuble = Σ Xi. Pi sat (Smith, dkk, 2005)

Yi = Ki.Zi Pdew =

sat i

i

P Y 1

(Smith, dkk, 2005)

Tabel LA. 1 Data Trial Temperatur dan Komposisi Flash Drum (S-101)

Komponen Xi Pi sat* Ki (Pi sat/P) Xi. Pi sat Ki.Xi

sat i

i

P Y

1

metilen klorida 0,8768 144,2637 1,4238 126,4904 1,2484 0,00865

air 0,1219 12,4052 0,1224 1,5122 0,0149 0,00120

piridin 0,0013 9,4677 0,0934 0,0123 0,0001 0,00001

total 1 166,1366 0,00986

* App B Smith, dkk, 2005

Dari tabel di atas diperoleh : Pdew < P < Pbuble, sehingga terjadi keseimbangan uap cair (Daubert, 1985).

(12)

Zmetilen klorida = Xmetilen klorida = 0,8768 Xmetilen klorida = 0,0010

Xair = 0,9978

(13)

Maka komposisi senyawa di bottom adalah :

F33 polikarbonat = F27 polikarbonat = 3712,1212 kg/jam F33 piridin = X33 piridin × L × N33 × Mr piridin

F33 piridin = 0,0212 × 0,8666 × 555,3548 × 79 = 2,7388 kg/jam. F33 metilen klorida = 0,0010 × 0,8666 × 555,3548 × 84,93 = 47,1706 kg/jam. F33 air = 0,9978 × 0,8666 × 555,3548 × 18 = 9.985,7669 kg/jam.

F31 piridin = F27 piridin – F33 piridin = 11,5652 – 2,7388 = 8,8351 kg/jam. F31 metilen klorida = F27 metilen klorida – F33 metilen klorida

F31 metilen klorida = 6.450,7659 – 47,1706 = 6.403,5953 kg/jam. F31 air = F27 air – F33 air = 10.174,4524 – 9.985,7669 F31 air = 188,6855 kg/jam.

Neraca Massa Total

F33 = F33 polikarbonat + F33 piridin + F33 metilen klorida + F33 air

F33 = 3.712,1212 + 2,7388 + 47,1706 + 9.985,7669 = 13.747,7925 kg/jam. F31 = F31 polikarbonat + F31 piridin + F31 metilen klorida + F31 air

F31 = 0 + 8,8351 + 6.403,5953 + 188,6855 = 6.601,1122 kg/jam. F31 + F33 = 6.601,1122 + 13.747,7925 = 20.348,9047 kg/jam.

LA.10 Mixing Point II (M-102)

Mixing Point II

(M-102) metilen klorida

(1) (7)

(11) metilen klorida

metilen klorida

(14)

F11metilen klorida = 4014,4227 kg/jam. F7metilen klorida = 4061,5933 kg/jam

F1metilen klorida = F7metilen klorida - F11metilen klorida = 4014,4227 - 4061,5933 F1metilen klorida = 47,1706 kg/jam.

LA.11 Evaporator I (FE-101)

Alat ini digunakan untuk menguapkan piridin, metilen klorida, dan sebagian besar air yang terdapat dalam campuran polikarbonat.

 Kadar polikarbonat masuk = 27%

 Kadar polikarbonat keluar = 50%

Evaporator I (FE-101) polikarbonat

air metilen klorida

piridin

polikarbonat air metilen klorida

air piridin

(33) (35)

(34)

F34metilen klorida = F33metilen klorida = 47,1706 kg/jam. F34piridin = F33piridin = 2,7388 kg/jam.

F35air = F33air - (0,5 × F33air ) / 0,5 F35air = 3712,1212 kg/jam.

F34air = F33air - F35air = 9985,7669 - 3712,1212 = 6273,6457 kg/jam. F35 polikarbonat = F33 polikarbonat = 3712,1212 kg/jam.

Neraca Massa Total:

F34 = F34piridin + F34metilen klorida + F34air = 2,7388 + 47,1706 + 6273,6457 F34 = 6323.5500 kg/jam.

(15)

LA.12 Evaporator II (FE-102)

Alat ini digunakan untuk menguapkan sebagian besar air yang terdapat dalam campuran polikarbonat dari evaporator I dengan memanfaatkan uap panas yang dihasilkan dari evaporator I..

Evaporator II (FE-102) polikarbonat

air

polikarbonat air air

(37) (36)

(35)

F37air = (F35 polikarbonat - 0,7 × F35 polikarbonat )/0,7

F37air = (3712,1212 - 0,7 × 3712,1212)/0,7 = 1590,9091 kg/jam. F37 polikarbonat = F35 polikarbonat = 3712,1212 kg/jam.

F36air = F35air - F37air = 3712,1212 - 1590,9091 = 2121,2121 kg/jam.

Neraca Massa Total:

(16)

LA.13 Evaporator III (FE-103)

Alat ini digunakan untuk menguapkan sebagian besar air yang terdapat dalam campuran polikarbonat dari evaporator II dengan memanfaatkan uap panas yang dihasilkan dari evaporator II.

Evaporator III (FE-103) polikarbonat

air

polikarbonat air air

(40) (38)

(37)

F40air = (F40 polikarbonat - 0,9 × F40 polikarbonat )/0,9

F40air = (3712,1212 - 0,9 × 3712,1212)/0,9 = 412,4579 kg/jam. F40 polikarbonat = F37 polikarbonat = 3712,1212 kg/jam.

F38air = F37air – F40air = 3712,1212 - 412,4579 = 1178,4512 kg/jam.

Neraca Massa Total:

(17)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Kapasitas Produksi : 3787,8788 kg/jam Basis perhitungan : 1 jam operasi

Waktu operasi : 330 hari / tahun ; 24 jam / hari Satuan operasi : kg/jam

Suhu referensi : 25oC (298,15 K)

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

Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah:

2

Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi:

2

B.1 Data Perhitungan Cp

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

Komponen a b c d

C5H5N 1,078E+06 -3,478E+02 3,9565 -

HCl 1,772E+01 0,9043 -0,0056 1,133E-05

CH2Cl2 7,996 0,7985 -0,0035 5,551E-06

H2O 1,829E+01 0,4721 -0,0013 1,314E-06

Sumber : (Reklaitis, 1983)

(18)

Tabel LB.2 Nilai konstanta a,b,c,d,dan e untuk perhitungan Cp gas

Komponen a b c d e

Fosgen 2,212E+01 0,2111 -0,0003 2,861E-07 -9,134E-11

Air 3,40471E+01 -9,65604E-03 3,29883E-05 -2,04467E-08 4,30228E-12 Sumber : (Reklaitis, 1983)

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

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

B.2 Estimasi Cp

B.2.1 Estimasi Cp Padatan dengan Metode Hurst dan Harrison

Tabel LB. 3 Kontribusi unsur dan gugus untuk estimasi Cp

Unsur ΔE (J/mol.K)

C 10,89

H 7,56

O 13,42

Sumber : (Perry, 1999)

Perhitungan kapasitas panas dihitung dengan rumus: (Perry, 1999)

Dimana:

Cp = Kapasitas panas (kJ/kmol.K) Ni = Jumlah unsur i dalam senyawa

ΔEi = Nilai kontribusi unsur i

Kapasitas panas padatan bisfenol-a (C15H16O2) : Cp = 15 × 10,89 + 16 × 7,56 + 2 × 13,42

Cp = 311,1500 kJ/kmol.K

B.2.1 Estimasi Cp Cairan dengan Metode Chueh dan Swanson

Tabel LB.4 Kontribusi Gugus Kapasitas Panas Cairan

Gugus Harga

CH3 9,95

C

(19)

C

3,80

H _3,5

O 8,4

OH 10,5

C O

14,5 Sumber : (Reid, 1977)

Tabel LB.5 Data Panas Laten Air

∆Hvl (kJ/kg) T (oC)

2189 114,7

2232,0332 96,3424 2283,0897 64,2248 Sumber : (Geankoplis, 2003)

B.3 Panas Pembentukan Standar

Tabel LB.6 Data Panas Pembentukan Standar

Komponen ∆Hof

Fosgen -218,8 kJ/kgmol

Natrium Klorida -407,27 kJ/kgmol

Natrium Hidroksida -470,114 kJ/kgmol

Piridin 140,03 kJ/kgmol

Asam Klorida -167,159 kJ/kgmol

Metilen Klorida -121,46 kJ/kgmol

Air -285,83 kJ/kgmol

Garam Bisfenol -874,372 kJ/kgmol

Polikarbonat -18027,922 kJ/kgmol

Bisfenol-a -646,8968 kJ/kgmol

(20)

LB.1 Reaktor Deprotonasi (R-101)

Saturated Steam

124,7oC

Kondensat 124,7oC

Bisfenol-a 25oC; 1 atm

NaOH 25oC; 1 atm

Bisfenol-a NaOH

Garam Bisfenol Air

40o_{C; 1 atm} 2

3

4

Neraca Panas Masuk

Panas masuk pada alur 2, (Q2) =

15 , 298 15 , 298 2

CpdT

Ns = 0

Panas masuk pada alur 3, (Q3) =

15 , 298 15 , 298 3

CpdT

N_s = 0

Neraca Panas keluar

Panas keluar pada alur 4, (Q4) =

15 , 313 15 , 298 4

CpdT N_s

Q4(bisfenol-a) =

15 , 313 15 , 298 4

CpdT

NbisfenolA = 0,7705 kgmol/jam x 4667,2500 kJ/kgmol

= 3596,1254 kJ/jam Q4(NaOH) =

15 , 313 15 , 298 4

CpdT

N_NaOH = 1,5410 kgmol/jam x 0,0497 kJ/kgmol = 0,0766 kJ/jam

Q4(garam bisfenol) =

15 , 313 15 , 298 4

CpdT

(21)

Q4(air) =

15 , 313 15 , 298 4

CpdT

Nair = 29,2791 kgmol/jam x 1125,7906 kJ/kgmol

= 32962,1081 kJ/jam

Qout = Q4(bisfenol A) + Q4(NaOH) + Q4(garam bisfenol) + Q4(air)

= 3596,1254 kJ/jam + 0,0766 kJ/jam + 26,5049 kJ/jam + 32962,1081 kJ/jam

= 36584,8150 kJ/jam Reaksi di dalam Reaktor Deprotonasi:

2NaOH(l) + C15H16O2(s) → C15H14O2Na2(l) + 2H2O(l) r1 = konversi x Ngaram bisfenol

r1 = 0,95 x 15,4100 = 14,6395 kmol/jam Panas reaksi yang terjadi pada 25oC dan 1 atm:

∆Hr (25oC) = [∆Hof produk- ∆Hof reaktan]

= [∆HofC15H14O2Na2+2 x ∆Hof H2O –2 x ∆Hof NaOH-∆Hof C15H16O2] = [(-874,3720)+(2x-285,83)-(2x-470,114)-(-646,8968)]

= 141,0928 kJ/jam

∆Hr (40oC) = ∆Hr(25oC)+ 15 , 313 15 , 298

dT Cp_garambisfe_nol + 2x

15 , 313 15 , 298

dT Cp_air -

2 x 15 , 313 15 , 298

dT Cp_NaOH -

15 , 313 15 , 298

dT Cp_bisfenolA

= 141,0928 + 1,8105 + 2 x 1125,7906 – 2 x 0,0497 – 4667,2500 = -2272,8152 kJ/jam

Q reaksi = -2272,8152 kJ/jam x 14,6395 kmol/jam = -33272,9635 kJ/jam

dQ/dt = Qout – Qin + Qreaksi

= 36584,8150 – 0 – 33272,9635 = 3311,8515 kJ/jam

Tanda positif menunjukkan sistem membutuhkan panas sebesar 3311,8515 kJ/jam sehingga untuk memenuhi kebutuhan panas ini dibuat koil pemanas yang di dalamnya mengalir saturated steam 124,7oC.

(22)

m =

Neraca Panas Masuk: Qin =N4bisfenol-a

CpdT+N4garam bisfenol 15

= 32992,2857 kJ/jam

Neraca Panas Keluar: Qout =N8bisfenol-a

CpdT+N8garam bisfenol 15

Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Qout – Qin

= 0 - 32992,2857 = -32992,2857

Air Pendingin masuk (15oC) ; H1 = 62,9 kJ/kg

(23)

Maka, massa air pendingin yang diperlukan:

LB.3 Reaktor Polimerisasi (R-102)

7

Air pendingin keluar 25o C, 1 atm

Reaksi dalam reaktor ini adalah:

43C15H14O2Na2 + 43COCl2 → (C16H14O3)43 + 86NaCl Konversi reaksi = 99,83%

(24)

= [(-18027,9220) + (86x-407,270) - (43x-847,372) - (43 x -218,8)] = -6046,7460 kJ/jam

Q reaksi = -6046,7460 kJ/jam x 0,3399 kmol/jam = -2055,2890 kJ/jam

Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Qout – Qin + Qreaksi

= 0 – (-2055,2890) = 2055,2890

Air Pendingin keluar (25oC) ; H2 = 104,8 kJ/kg (Rogers dan Mayhew, 1995) Maka, massa air pendingin yang diperlukan:

m =

1 2

/

H H

dt dQ

m =

9 , 41 2055,2890

m = 49,0522 kg/jam

LB.4 Washer (W-101)

21

26

27 Polikarbonat

Piridin Metilen Klorida 25o_{C, 1 atm}

Air 80 o_{C, 1 atm}

Polikarbonat Piridin Metilen Klorida Air

34,69o_{C, 1 atm}

Neraca Panas Masuk: Q21 = N21polikarbonat

15 , 298

CpdT + N21piridin 15 , 298

15 , 298

CpdT + N21metilen 15 , 298

15 , 298

CpdT = 0

Q26 = N26air 15 , 353

15 , 298

CpdT= 565,2474 x 4149,1778 = 2.345.311,7440 kJ/jam

(25)

Panas yang masuk pada washer sama dengan panas yang keluar. Dengan cara trial and eror diperoleh suhu keluar sebesar 34,69oC.

LB.5 Heater (E-104)

Neraca Panas Masuk: Qin =N27polikarbonat

84

= 0,3399 x 223,9715 + 0,1464 x 12918449,1070 + 56,2622 x 786,3880 + 565,2474 x 724,9755

= 2.345.311,7441 kJ/jam Neraca Panas Keluar:

Qout =N28polikarbonat 15

= 0,3399 x 579,2122 + 0,1464 x 33811401,0832 + 56,2622 x 2074,5595 +

565,2474 x 1878,9098 + 56,2622 x 128.029.861,4117+ 0,1464 x 8362,8329 + 565,2474 x 5671,8679

= 6.128.797,6409 kJ/jam Panas yang dibutuhkan adalah: dQ/dt = Qout – Qin

(26)

Massa saturated steam (124,7oC) yang diperlukan adalah: m =

) 7 , 124 (

/ 0

C dt dQ

=

2189 8968 , 485 . 783 . 3

= 1728,4084 kg/jam

LB.6 Heater (E-103)

Air 80 o_{C, 1 atm}

Air 25 o_{C, 1 atm}

25 ₂₆

Saturated steam

124,7o_{C; 2,25 atm}

Kondensat 124,7oC; 2,25 atm

Neraca Panas Masuk: Qin =N25air

15 , 298

CpdT = 0

Neraca Panas Keluar: Qout =N26air

15 , 353

15 , 298

CpdT= 565,2474 kgmol/jam x 4149,1778 kJ/kgmol

= 2.345.311,7440 kJ/jam

= 0 – 2.345.311,7440 kJ/jam = - 2.345.311,7440 kJ/jam

Massa saturated steam (124,7 oC) yang diperlukan adalah: m =

) 7 , 124 (

/ 0

C dt dQ

m =

2189 7440 2.345.311,

(27)

LB.7 Dessicant (DS-101)

DS-101 Udara Panas

Masuk

Udara Panas Keluar

T = 110oC

H = 0,005 kg H2O / kg udara kering

T = 35oC

H = 0,0357 kg H2O / kg udara kering

Udara panas masuk:

 Temperatur = 110oC

 H1 = 0,005 kg H2O/kg udara kering

Udara keluar meninggalkan dessicant dengan humiditi 100% sehingga diperoleh:

 Temperatur = 35oC

 H2 = 0,0357 kg H2O/kg udara kering (Fig. 21 Humidity Chart dalam Larian, 1950)

Banyaknya jumlah uap air yang dijerap adalah 197,5169 kg/jam.

Maka massa udara panas yang dibutuhkan dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

1 2 H

H m

(Larian, 1950) massa udara panas yang dibutuhkan adalah:

005 , 0 0357 , 0

5169 , 197

6433,7758 kg/jam.

Udara panas masuk ke dessicant setiap empat jam sehingga jumlah udara panas yang dibutuhkan adalah : 6433,7758 / 4 = 1608,4440 kg/jam.

LB.8 Condenser (E-102)

Air 15o_C

23 15

Metilen

50o_{C, 1 atm} Metilen

25 o_{C, 1 atm}

(28)

Neraca Panas Masuk: Q23 = N23metilen

15 , 323

15 , 298

CpdT = 75,3985 x 2074,5595 = 156418,6878 kJ/jam

Panas yang dilepas pengembunan uap metilen klorida : Q = m . λ

= 75,3985 × 67.667,2157 = 5.102.007,1122 kJ/jam

Qin = Q23 + m. λ = 156418,6878 + 5.102.007,1122 = 5.258.425,8000 kJ/jam

Neraca Panas Keluar: Qout =N15air

15 , 298

CpdT= 0

= 0 – 5.258.425,8000 kJ/jam = - 5.258.425,8000 kJ/jam

Air Pendingin keluar (25oC) ; H2 = 104,8 kJ/kg (Reklaitis, 1983) Maka, massa air pendingin yang diperlukan:

m =

1 2

/

H H

dt dQ

m =

9 , 41

8000 5.258.425,

(29)

LB.9 Evaporator I (FE-101)

Saturated steam 124,7o_C

33

35 34

Polikarbonat Piridin Metilen Klorida Air

25oC

Polikarbonat Air

114,7o_C

Piridin Metilen Klorida Air

114,7oC

Diasumsikan ∆t pada = 10o C. Neraca Panas Masuk Evaporator I: Qin = N33polikarbonat

15 , 323 15 , 298

CpdT+N33metilen 15 , 323 15 , 298

CpdT+ N33piridin 15 , 323 15 , 298

CpdT+ N33air 15 , 323 15 , 298

CpdT

= 0,3399 x 579,2122 + 0,5554 x 2074,5595 + 0,0346 x 33.811.401,0832 + 554,7648 x 892,3319

= 1.666,417,0292 kJ/jam

Neraca Panas Keluar Evaporator I: Qout =N35polikarbonat

85 , 387

15 , 298

CpdT+ N35air 85 , 387

15 , 298

CpdT+N34metilen x ∆HvL +N34piridin x ∆HvL + N34air x ∆HvL

= 0,3399 x 2078,2132 + 206,2290 x 6796,5843 + 0,0346 x 128.029.861,4117 + 0,5554 x 8362,8329 + 348,5359 x 5671,8679

= 9.028.668,9228 kJ/jam

Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air sehingga konsentrasi polikarbonat yang keluar dari evaporator I sebesar 50 % adalah:

dQ/dT = Qout – Qin

(30)

= 7.362.251,8936 kJ/jam

Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 124,7 o

C. Data saturated steam pada 124,7oC yang diperoleh dari App A.2-9 Geankoplis, 2003 sebagai berikut:

λ (Panas penguapan steam pada suhu 124,7o

C) = 2189 kJ/kg Maka steam yang dibutuhkan:

m = dQ/dt

=

2189 8936 7.362.251,

= 3.363,2946 kg/jam

LB.10 Evaporator II (FE-102)

35

37 36

Polikarbonat Air

96,34o_C

Air 96,34oC Uap panas

114,7oC

Polikarbonat Air

114,7o_C

Diasumsikan ∆t = 18,34oC.

Neraca Panas Masuk Evaporator I: Qin = N35polikarbonat

85 , 387

15 , 298

CpdT+N35air 85 , 387

15 , 298

CpdT

= 0,3399 x 2078,2132 + 206,2290 x 6796,5843 = 1.853.794,0194 kJ/jam

(31)

Qout =N37polikarbonat 49 , 369

15 , 298

CpdT+ N37air 49 , 369

15 , 298

CpdT+ N36air x ∆HvL

= 0,3399 x 1652,8950 + 88,3838 x 5392,7933 + 117,8451 x 2232,0332 = 1.606.140,0080 kJ/jam

Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air sehingga konsentrasi polikarbonat yang keluar dari evaporator II sebesar 70 % adalah:

= 1.606.140,0080 - 1.853.794,0194 = - 247654,0114 kJ/jam

Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 114,7oC yang berasal dari uap evaporator I (FE-101). Data saturated steam pada 114,7 oC yang diperoleh dari App A.2-9 Geankoplis, 2003 sebagai berikut:

λ (Panas penguapan steam pada suhu 114,7 oC) = 2213 kJ/kg Maka uap panas yang dibutuhkan:

m = dQ/dt

m =

2213 4 247654,011

m = 111,9087 kg/jam

LB.11 Evaporator III (FE-103)

37

41 38

Polikarbonat Air

64,22oC Air 64,22o_C

Uap panas 96,34o_C

Polikarbonat Air

96,34o_C

Diasumsikan ∆t = 32,07o C.

(32)

Qin = N37polikarbonat 49 , 396

15 , 298

CpdT+N37air 49 , 396

15 , 298

CpdT

= 0,3399 x 1652,8950 + 88,3838 x 5392,7933 = 674473,2136 kJ/jam

Neraca Panas Keluar Evaporator III: Qout =N41polikarbonat

3887 , 337

15 , 298

CpdT+ N41air 3887 , 337

15 , 298

CpdT+ N38air x ∆HvL

= 0,3399 x 908,7786 + 22,9143 x 2953,3393 + 65,4695 x 2283,0897 = 463129,3960 kJ/jam

Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air sehingga konsentrasi konsentrasi polikarbonat yang keluar dari evaporator III sebesar 90% adalah:

= 463.129,3960 – 674.473,2136 = - 211343,8177 kJ/jam

Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 96,34 oC yang berasal dari uap dari evaporator II. Data saturated steam pada 96,34 o

C yang diperoleh dari App. A-2.9 Geankoplis, 2003 adalah sebagai berikut:

λ (Panas penguapan steam pada suhu 96,34o

C) = 2265 kJ/kg Maka uap panas yang dibutuhkan:

m = dQ/dt

m =

2265 7 211343,817

(33)

LB.12 Condenser (E-105)

Air 36oC Air 25oC

39 40

Uap Air

64,22o_C Air

25o_C

Neraca Panas Masuk: Q39 = N39uap air

37 , 337

15 , 298

CpdT = 65,4695 x 1317,9371 = 86284,6985 kJ/jam

Panas yang dilepas pengembunan uap air : Q = m . λ

= 65,4695 × 40.861,8 = 2.675.202,0288 kJ/jam

Qin = Q39 + m. λ = 86284,6985 + 2.675.202,0288 = 2.761.486,7273 kJ/jam

Neraca Panas Keluar: Qout =N4oair

15 , 298

CpdT= 0

= 0 – 2.761.486,7273 kJ/jam = - 2.761.486,7273 kJ/jam

Air Pendingin masuk (36oC) ; H2 = 150,86 kJ/kg (Geankoplis, 2003) Maka, massa air pendingin yang diperlukan:

m =

1 2

/

H H

dt dQ

m =

6 , 46

7273 2.761.486,

(34)

LB.13 Rotary Dryer (DD-101)

DD-101 42

43 41

30

Udara Panas, 110o_C

F padatan masuk = 2796,7081 kg/jam T = 39,2387o_C

X air = 10%

T = 80o_C X air = 2%

T = 70o_C

Temperatur basis, To = 0oC

Panas laten air (0oC), λ = 2501,6 kJ/kg.K

Kapasitas panas polimer, Cp padatan = 2,0998 kJ/kg.K Panas humiditas air – udara, Cs = 1,005 + 1,88H

Humiditas udara (T udara masuk 110oC), Hin = 0,006 kg H2O/kg udara (Walas, dkk., 2005)

Kapasitas panas air, Cp air = 4,187 kJ/kg.K Kapasitas panas udara, Cp udara = 1,007 kJ/kg.K

H’ udara = Cs (Ti-To) + Hi.λo

H’ padatan = Cp padatan (Ti-To) + Xi. Cp air (Ti-To) Dimana:

H’ = entalpi (kJ/kg)

Cs = panas humiditas air udara (kJ/kg.K) Cp = kapasitas panas (kJ/kg.K)

H = humiditas udara (kg H2O/kg udara kering) X = moisture content padatan (kg air/kg padatan)

λ = panas laten air (kJ/kg) T = temperatur (0oC)

110oC, H’ udara masuk = (1,005 + 1,88 × 0,006) × (110-0) + 0,006 × 2501,6 110oC, H’ udara masuk = 126,8004

70oC, H’ udara keluar = H’42 = (1,005 + 1,88 × H’42) × (70-0) + H’42× 2501,6 70oC, H’ udara keluar = H’42 = 70,35 + 2633,2 H42

(35)

H’ padatan keluar = (2,0998) × (80-0) + 0,02 × 4,187 × (80-0) = 174,6832

Tabel LB.7 Entalpi Rotary Dryer (kJ/kg)

Alur H’ masuk H’ keluar

30 Udara 126,8004

42 - 70,35 + 2633,2 H42

41 Padatan 166,7872

43 - 174,6832

F padatan = 2796,7081 kg/jam Neraca Panas Total Rotary Dryer

Asumsi : kondisi adiabatis, udara panas pengering kontak langsung dengan padatan.

dT dQ

Q out – Q in = 0 → Q out = Q in

Fudara × H’udara masuk + Fpadatan × H’in = ’udara × H’udara keluar + F padatan × H’43 Fudara × H’udara masuk + Fpadatan × H’in = ’udara × H’42 + F padatan × H’43

Fudara × 126,8004 + 2796,7081 × 166,7872 =

F’udara × (70,35 + 2633,2 H42) + 2796,7081 × 174,6832 Fudara × 126,8004 + 466.455,1113 = Fudara × (70,35 + 2633,2 H42) + 488.537,9183 126,8004 Fudara – 22.082,8071 = 70,35 Fudara + 2633,2 Fudara H42

56,4504 Fudara – 22.082,8071 = 2633,2 Fudara H42 ---*)

Neraca Massa Kandungan Air

Fudara × Hin+ Fpadatan × Xin = Fudara × H42+ F padatan × Xout

Fudara × 0,006 + 2796,7081 × 0,1 = Fudara × H42+ 2796,7081 × 0,02 0,006 Fudara + 279,6708 = Fudara × H42 + 55,9342

0,006 Fudara + 223,7366 = Fudara H42 ---**) Dengan mensubstitusi persaman **) ke persamaan *), maka diperoleh: 56,4504 Fudara – 22.082,8071 = 2633,2 × (0,006 Fudara + 223,7366) 56,4504 Fudara – 22.082,8071 = 15,7922 Fudara + 589.143,3158 56,4504 Fudara – 15,7922 Fudara = 589.143,3158 - 22.082,8071 40,6512 Fudara = 567.060,5087

Fudara = 13.949,4162 kg/jam

(36)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

LC.1 Tangki Penyimpanan Metilen Klorida (CH2Cl2) (V-101)

Fungsi : Menyimpan larutan metilen klorida untuk kebutuhan 30 hari

Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-212, Grade B

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

Jumlah : 1 unit

Data Perhitungan:

Temperatur, T = 25oC

Tekanan, P = 1 atm

Kebutuhan perancangan, t = 30 hari

Laju alir massa, F = 47,1706 kg/jam

ρ metilen klorida, ρ = 1330 kg/m3

(Perry, 2008)

Perhitungan Ukuran Tangki:

1. Volume Tangki

V metilen klorida = ₃

/ 1330

/ 24 30

/ 1706 , 47

m kg

hari jam hari

jam kg

= 25,5359 m3 Faktor kelonggaran = 20%

Volume tangki, Vt = 1,2 × 25,5359 = 30,6431 m3

2. Diameter dan tinggi shell Direncanakan:

(37)

Vs = ¼ π D2Hs

Vs = 3

16 5

D

Volume tutup tangki (Vh) ellipsoidal, Vh = 3 24D

Volume tangki (V) V = Vs + 2Vh 30,6431 = 3

16 5

D + 3

12D

30,6431 = 3 48 19

D

Maka diameter tangki, D = 2,9104 m = 114,5824 in Tinggi shell tangki, Hs = D 3,6380

D Hs

m

Tinggi tutup tangki, Hh = D 0,7276

D Hh

m Tinggi tangki, Ht = Hs + 2Hh = 5,0932 m

3. Tebal shell tangki dan tutup tangki

Untuk tutup atas tangki:

Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%: Poperasi = 101,325 kPa

Pdesain = 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa

Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :

Tinggi cairan dalam tangki, h = m m

m m

2443 , 4 0932 , 5 6431 , 30

5359 , 25

3 3

Tekanan hidrostatik:

P = ρ × g × h = 1330 kg/m3

× 9,8 m/det2 × 4,2443 m = 55,3206 kPa Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20%:

(38)

Joint efficiency, E = 0,8 (Brownell dan Young, 1959) Allowable stress, S = 17500 psia = 120658,248 kPa (Brownell dan Young, 1959)

Faktor korosi, C = 1/80 in (Peters, 2004)

Tebal tutup tangki bawah :

t = nC

Tebal tutup tangki atas :

(39)

LC.2 Tangki Penyimpanan Natrium Hidroksida (NaOH) (V-102)

Fungsi : Menyimpan larutan NaOH untuk kebutuhan 30 hari

Jumlah : 1 unit

Tekanan, P = 1 atm

ρ larutan NaOH, ρ = 1520,3 kg/m3

(Perry, 1997)

V NaOH = ₃

/ 3 , 1520

/ 24 30

/ 8032 , 1232

m kg

hari jam hari

jam kg

= 583,8441 m3 V NaOH = 154.234,0959 gal

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

Faktor kelonggaran = 20%

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

(40)

Vs = 3 16

5

D

16 5

D + 3

12D

700,6130= 3 48 19

D

D Hs

m

D H_h

Pdesain = 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :

m m

0466 , 12 456

, 14 6130

, 700

8441 , 583

3 3

P = ρ × g × h = 1520,3 kg/m3

P operasi = 101,325 kPa + 179,4825 kPa = 280, 8075 kPa P desain = 1,2 × 280,8075 = 336,9690 kPa

(41)

t = nC

(42)

LC.3 Tangki Penyimpanan Fosgen (COCl2) (V-103)

Fungsi : Menyimpan fosgen untuk kebutuhan 30 hari Bahan Konstruksi : Low alloy steel SA-353

Jumlah : 1 unit

Tekanan, P = 46 atm

ρ fosgen dalam fasa cair, ρ = 1387 kg/m3

(Neogi, 2000)

V fosgen = ₃

/ 1387

/ 24 30

/ 8504 , 1446

m kg

hari jam hari

jam kg

= 751,0687 m3 V fosgen = 198409,8185 gal

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

Faktor kelonggaran mengikuti Faktor kelonggaran = 20%

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

(43)

Vs = 3 16

5

D

16 5

D + 3

12D

901,2824 = 3 48 19

D

D Hs

m

D Hh

Pdesain = 1,2 × 4660,9500 kPa = 5593,1400 kPa Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :

m m

1018 , 13 7221

, 15 901,2824

0687 , 751

3 3

P = ρ × g × h = 1387 kg/m3

P operasi = 4660,9500 kPa + 178,0870 kPa = 4839,0370 kPa P desain = 1,2 × 4839,0370 = 5806,8444 kPa

Joint efficiency, E = 0,8 (Brownell dan Young, 1959) Allowable stress, S = 22500 psia= 155.131,4984 kPa

(44)

tebal shell standar yang digunakan = 9 in.

t = nC

tebal shell standar yang digunakan = 11 in.

t = nC

(45)

LC.4 Tangki Penyimpanan Piridin (C5H5N) (V-104)

Fungsi : Menyimpan piridin (katalis) untuk kebutuhan 30 hari

Jumlah : 1 unit

Tekanan, P = 1 atm

ρ piridin, ρ = 981,9 kg/m3

(Perry, 2008)

V piridin = ₃

/ 9 , 981

/ 24 30

/ 5652 , 11

m kg

hari jam hari

jam kg

= 8,4804 m3 Faktor kelonggaran = 20%

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

Vs = ¼ π D2Hs

Vs = 3

16 5

D

(46)

V = Vs + 2Vh 10,1764 = 3

16 5

D + 3

12D

10,1764 = 3 48 19

D

D Hs

m

D Hh

Pdesain = 1,2 × 101,325 kPa = 121,59 kPa

Untuk shell tangki dan tutup bawah tangki :

m m

9391 , 2 5269 , 3 1764

, 10

4804 , 8

3 3

P = ρ × g × h = 981,9 kg/m3

P operasi = 101,325 kPa + 28,2819 kPa = 129,6069 kPa P desain = 1,2 × 129,6069 = 155,5282 kPa

Joint efficiency, E = 0,8 (Brownell dan Young, 1959) Allowable stress, S = 17500 psia = 120658,248 kPa (Brownell dan Young, 1959)

Umur alat, n = 10 tahun Tebal shell tangki :

t = nC

P SE

D P

(47)

t = 10 (1/80)

tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in

t = nC

LC. 5 Gudang Penyimpanan Bisfenol-a (C15H16O2) (F-101)

Fungsi : Menyimpan Bisfenol-a dalam kemasan plastik selama 7 hari

Bahan Konstruksi : Dinding dari beton dan atap dari seng Bentuk : Prisma segi empat beraturan

Jumlah : 1 unit

(48)

Laju alir massa, F = 3.513,4890 kg/jam

ρ bisfenol-a, ρ = 1,195 kg/m3 (Perry, 1997)

Kapasitas gudang = 3.513,4890 kg/jam × 24 jam/hari × 7 hari = 590.266,152 kg. Bisphenol-a dikemas dalam goni plastik dengan kapasitas 50 kg/goni.

Maka goni yang dibutuhkan =

goni kg

kg / 50

152 , 590266

11.805,3230 goni

Tinggi gudang:

Asumsi tebal 1 goni plastik = 15 cm Maksimal tumpukan goni = 30 buah Faktor kelonggaran = 50%

Tinggi gudang yang dibutuhkan = 1,5 × 15 cm × 30 = 6,75 m = 7 m.

Panjang gudang:

Direncanakan susunan goni = 40 goni × 20 goni Dimana panjang 1 goni = 60 cm

Faktor kelonggaran = 30% Untuk jalan dalam gudang = 30%

Panjang gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 60 cm × 40 = 31,2 m = 32 m.

Lebar gudang :

Faktor kelonggaran = 30 % Dimana lebar 1 goni 45 cm

Lebar gudang yang dibutuhkan = 1,3 × 45 cm × 20 = 1170 cm = 11,70 m ≈ 12 m.

LC.6 Blower I (B-101)

Fungsi : Mengumpankan fosgen ke mixing point I (M-101)

Tipe : Turbo blower

Bahan konstruksi : Carbon steel

Jumlah : 1 unit

(49)

Data perhitungan:

Tekanan operasi, P = 1,6 atm = 162,12 kPa = 650,8866 in H2O Laju alir massa, F = 1446,8504 kg/jam

ρ fosgen, ρ = 4,248 kg/m3

Laju alir volum, Q = ₃

/ 248 , 4

/ 8504 , 1446

m kg

jam kg F

=340,5957 m3/jam Q = 200,4576 ft3/menit

Daya turbo blower dapat dihitung dengan persamaan :

P = 0,000157 × Q (ft3/menit) × P (in H2O) (Perry, 2008) P = 0,000157 × 200,4576 × 650,8866 = 20,4846 hp

Efisiensi blower = 80%

P = 20,4846 / 0,8 = 25,6057 hp

Digunakan daya motor standar 30 hp.

LC.7 Pompa Metilen Klorida (P-101)

Fungsi : Memompa larutan metilen klorida dari tangki penyimpanan metilen klorida ke Mixing Point II (M-102)

Tipe : Centrifugal Pump Bahan konstruksi : Commercial steel

Jumlah : 1 unit

Cadangan : 1 unit

Temperatur, T = 25 oC

Laju alir metilen klorida, F = 47,1706 kg/jam

Densitas metilen klorida, ρ = 1330 kg/m3 = 83,0322 lbm/ft3 Viskositas metilen klorida, μ = 0,17 cP = 0,000114 lbm/ft.s

(50)

mv = ₃ Desain pompa:

Untuk aliran turbulen, NRe > 2100

Di,opt = 0,363 mv0,45ρ0,13 (Peters, 2004)

= 0,363 × (9,851. 10-6 m3/s) 0,45 × (1330) 0,13 = 0,0051 m = 0,2033 in

Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : ½ in Bilangan Reynold:

NRe = 6220,7271

(aliran turbulen) Untuk pipa commercial steeldiperoleh harga ε = 0,00015 ft (Peters, 1984) pada NRe = 6220,7271 dan ε/D = 0,0028

diperoleh harga factor fanning (Gambar 5.1) , f = 0,01 (Peters,1984).

Friction loss :

1 sharp edge entrance hc = 0,5

0,00094 ft.lbf/lbm

1 check valve hf = nKf

(51)

Pipa lurus 100 ft Ff =

Total friction loss Σ F = 0,9086 ft.lbf/lbm

Dari persamaan Bernoulli :

0

Tinggi pemompaan, ∆z = 2,1771 m = 7,1426 ft

0

-Ws = 8,0512 ft.lbf/lbm

Efisiensi pompa, η = 80% (Peters, 1984)

Wp= -Ws/ η = 10,0640 ft.lbf/lbm Digunakan daya motor standar ¼ hp.

LC.8 Pompa NaOH (P-102)

Fungsi : Memompa larutan NaOH dari tangki

penyimpanan NaOH ke Reaktor Deprotonasi (R-101)

(52)

Jumlah : 1 unit Cadangan : 1 unit

Laju alir NaOH, F = 1.232,8032 kg/jam

Densitas NaOH, ρ = 1.520,3 kg/m3 = 94,9126 lbm/ft3 Viskositas NaOH, μ = 0,9614 cP = 0,0006 lbm/ft.s

Laju alir volumetrik:

mv = ₃

/ 3 , 1520

/ 8032 , 1232

m kg

jam kg

= 0,0003 m3/s = 0,008058 ft3/s

Desain pompa:

Untuk aliran turbulen, NRe > 2100

Di,opt = 0,363 mv0,45ρ0,13 (Peters, 2004)

= 0,363 × (0,0003 m3/s) 0,45 × (1.520,3) 0,13 = 0,0227 m = 0,8951 in

Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : 1/8 in

Schedule number : 40

Diameter dalam (ID) : 0,269 in = 0,0224 m = 0,0068 ft Diameter luar (OD) : 0,405 in = 0,0338 ft

Inside sectional area, A : 0,0004 ft2

Kecepatan linier, V = 3,8191

0004 , 0

/ 008058 ,

0

2 3 ft

s ft A

m_v

ft/s Bilangan Reynold:

NRe = 29064,6028

0006 , 0

0068 , 0 8191 , 3 9127 , 94 D V

(53)

pada NRe = 29064,6028 dan ε/D = 0,0022

diperoleh harga factor fanning (Gambar 2.10-3) , f = 0,00014 (Geankoplis, 2003).

Friction loss :

0,5100 ft.lbf/lbm

0,4533 ft.lbf/lbm

0

Tinggi pemompaan, ∆z = 1,2140 m = 3,9829 ft.

0

(54)

Wp= -Ws/ η = 7,5411 ft.lbf/lbm Daya pompa, P =

550

v pm

W

550

9127 , 94 008058 ,

0 5411 , 7

0,0105 hp Digunakan daya motor standar ¼ hp.

LC.9 Conveyor I (C-101)

Fungsi : mengangkut bisfenol-a ke reaktor deprotonasi (R-101) Bentuk : horizontal screw conveyor

Bahan konstruksi : Carbon steel Jumlah : 1 unit

Jarak angkut : 5 m

Kondisi operasi : Temperatur = 25 °C Tekanan = 1 atm

Laju alir bisfenol-a : F = 3513,4890 kg/jam =0,00967 kg/detik Densitas bisfenol-a : ρ = 1195 kg/m3= 164,80944 lbm/ft3 Laju alir volumetrik: Q = 2,9401 m3/jam.

Perhitungan daya motor screw conveyor

Direncanakan screw conveyor berdiameter = 20 in

Dari Tabel 6.39 , 6.40 dan 6.41 (Chopey, 2004) diperoleh nilai A, N dan F P = 10-6(A.L.N + Q.ρ.L.F)

dimana : A = faktor ukuran (size factor) L = jarak angkut (ft)

N = maksimal (r/menit) untuk ukuran diameter yang direncanakan

Q = Laju alir volumetrik (ft3/jam)

ρ = densitas material (lbm/ft3) F = faktor material (material factor)

Maka : P = 10-6 (510 . 5 . 25 + 0,468 . 164,80944 . 5 . 5) = 0,06568 hp Untuk efisiensi daya motor screw conveyor 80 %, maka :

(55)

LC.10 Reaktor Deprotonasi(R-101)

Fungsi : Tempat terjadinya reaksi pembentukan garam bisfenol

Tipe : Reaktor Tangki Berpengaduk

Bentuk : Silinder vertikal dengan tutup datar dan alas ellipsoidal

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212, Grade B Jenis Sambungan : Double welded butt joints

Jumlah : 1 unit

a. Volume reaktor

Tabel LC.1 Komposisi Bahan Masuk ke Reaktor Deprotonasi (R-101)

Komponen Laju alir (kg/jam) ρ (kg/m3) V (m3/jam)

Bisfenol-a 3513,4890 1195 2,9402

NaOH 1232,8032 1520,3 0,8109

Total 4746,2922 - 3,7511

Tabel LC.2 Komposisi Bahan Keluar dari Reaktor Deprotonasi (R-101)

Komponen Laju alir (kg/jam) ρ (kg/m3) V (m3/jam)

Bisfenol-a 175,6745 1195 0,1470

NaOH 61,6402 1520,3 0,0405

Garam Bisfenol 3981,9543 1312 3,0350

Air 527,0234 992,25 0,5311

Total 4746,2922 - 3,7537

Dalam hal ini terjadi perubahan densitas (ρ) karena perubahan jumlah mol selama

reaksi, yaitu :

ρ Campuran masuk = 1279,4935 kg/m3

ρ Campuran keluar = 1274,8700 kg/m3

perubahan densitas sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Maka harga faktor volume (ε) yaitu ε = 0.

Reaktor dirancanng dengan space time (τ), τ = 1 jam

o o

V V

(56)

Maka volume reaktor adalah 3,7511 m3

b.Diameter (Di) dan Tinggi Reaktor (HR)

Diambil Hs : Di = 1 : 1 Hh : Di = 1 : 4

volume reaktor (VR) = volume tutup dan alas + volume silinder 3,7511 m3 = 2 Di Di _H_s

4 24

2 3

(Brownell dan Young, 1959)

3,7511 m3 = 2 Di Di _D_i

4 24

2 3

3,7511 m3 = 1,3083 Di3 Di = 1,4206 m R = 0,7103 m

Tinggi silinder (Hs) = 1,4206 m Tinggi tutup (h) = 0,3552 m

Tinggi reaktor (HR) = Hs + 2h = 2,1309 m Tinggi larutan dalam reaktor (Hi):

V = 2 Di Di H_i 4 24

2 3

3,7511 = 0,2617 Di3 + 0,7850 Di2Hi 3,7511 = 0,7503 + 2,4719 Hi

Hi = 1,2140 m.

Kecepatan reaksi masing – masing komponen, yaitu:

i o i c

c r

Komponen : Bisfenol = A

A o A A

c c r

1

7705 , 0 4100 , 15

A

r 14,6395 kmol/m3.jam

(57)

B o B B

c c r

1

5410 , 1 8201 , 30

B

Komponen : Garam bisfenol = C

C o C C

c c r

1 6395 , 14 0

B

Komponen : Air = D

D o D D

c c r

1 2791 , 29 0

B

c. Tebal silinder (ts) dan tebal head (th)

Tekanan rencana (Po) = 1 atm × 14,6960 psi = 14,6960 psi Tekanan hidrostatik (Pp) = ρ × g × h

= 1279,4935 kg/m3 × 9,8 m/s2 × 1,2140 m. = 15.221,8502 Pa

= 2,1941 Psi

Tekanan desain (Pdesain) = Po + Pp = 16,8901 Psi Tekanan operasi maksimum dinaikkan sebesar 10%, maka : Tekanan operasi (Pop) = 1,1 × 16,8901 = 18,5791 Psi

Dimana bahan konstruksi reaktor adalah Stainlees Steel SA-212 dengan data sebagai berikut :

Joint efficiency, E = 0,8 (Brownell, 1959)

Allowable stress, S = 17500 psia = 120658,248 kPa (Brownell, 1959)

Umur alat, n = 10 tahun Tebal silinder, ts :

ts = nC

P SE

D P

(58)

ts = 10 (1/80 )

head berbentuk ellipsoidal dishead head, maka : tebal head (th) :

d. Perencanaan sistem pengaduk

Jenis pengaduk : turbin daun enam bilah datar (Badger, dkk., 1950) Jumlah baffle : 4 buah

Untuk turbin standar (McCabe, dkk., 1999) diperoleh : Da/Di = 1/3 ; 1/3 × 1,4206 = 0,4735 m

Da = diameter impeller Di = diameter tangki

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

Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran / detik Bilangan Reynold (NRe) =

2

i

D N

(59)

Dari fig 3.4-4 Geankoplis, 1997 dengan menggunakan kurva 3, untuk pengaduk jenis turbin impeller dengan daun enam dan empat baffle, diperoleh Np = 1.

Daya pengaduk = Np × ρ × N3 × Da5

Daya pengaduk = 1 × 1279,4935 × 1 × (0,4735)5 = 30,4643 hp.

LC.11 Pompa Reaktor Deprotonasi(P-103)

Fungsi : Memompa larutan produk R-101 menuju ke Cooler (E-101)

Jumlah : 1 unit

Cadangan : 1 unit

Temperatur : 40oC

Laju alir campuran : 4746,2922 kg/jam

Densitas campuran : 1274,8700 kg/m3 = 79,5905 lbm/ft3 Viskositas campuran :

Tabel LC.3 Viskositas Bahan Keluar Reaktor Deprotonasi (R-101)

Komponen F (kg/jam) N (kmol) Xi μ (cP) ln μ Xi . ln μ bisfenol-a 175,6745 0,7705 0,0167 1,2 0,1823 0,0030

NaOH 61,6402 1,5410 0,0333 0,9614 -0,0394 -0,0013

garam bisfenol 3981,9543 14,6395 0,3167 1.0807 0,0776 0,0246

air 527,0232 29,2791 0,6333 0,6560 -0,4216 -0,2670

Total 4746,2922 46,2301 1 -0,0407

Viskositas campuran dapat dihitung dengan persamaan Heric-Brewer (Perry, 2008)

ln μ = Σ Xi ln μ

ln μ = -0,0407

μ = exp (-0,0407)

(60)

Laju alir volumetrik :

Untuk aliran turbulen NRe > 2100

Di,opt = 0,363 mv0,45ρ0,13 (Peters, 2004)

= 0,363 × (0,0010 m3/s) 0,45 × (1274,8700) 0,13 = 0,0417 m = 1,6419 in

Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : 2 in Bilangan Reynold:

NRe =

8538,2963 (a1liran turbulen) Untuk pipa commercial steeldiperoleh harga ε = 0,00015 ft (Peters, 1984) pada NRe = 8538,2963 dan ε/D = 0,0028

diperoleh harga factor fanning (Gambar 2.10-3) , f = 0,0058 (Geankoplis, 2003).

Friction loss :

(61)

0,0551 ft.lbf/lbm

0

Tinggi pemompaan, ∆z = 2,1771 m = 7,1426 ft

0

Wp= -Ws/ η = 9,9242 ft.lbf/lbm Digunakan daya motor standar ¼ hp.

LC.12 Blower II (B-102)

Fungsi : Mengumpankan kembali fosgen (recycle) ke mixing point I (M-101)

(62)

Bahan konstruksi : Carbon steel

Jumlah : 1 unit

Cadangan : 1 unit

Tekanan operasi, P = 1,6 atm = 162,12 kPa = 650,8866 in H2O Laju alir massa, F = 2,4623 kg/jam

ρ fosgen, ρ = 4,2480 kg/m3

Laju alir volum, Q = ₃

/ 2480 , 4

/ 4623 , 2

m kg

jam kg F

= 0,5796 m3/jam = 0,3411 ft3/menit Daya turbo blower dapat dihitung dengan persamaan :

P = 0,000157 × Q (ft3/menit) × P (in H2O) (Perry, 2008) P = 0,000157 × 0,3411 × 650,8866 = 0,0349

Efisiensi blower = 80% P = 0,0349/ 0,8 = 0,0436

Digunakan daya motor standar ¼ hp.

LC.13 Pompa Piridin (P-104)

Fungsi : Memompa piridin (katalis) dari tangki penyimpanan piridin ke Mixing Point III (M-103)

Jumlah : 1 unit

Cadangan : 1 unit

Laju alir metilen klorida, F = 11,5652 kg/jam

(63)

Laju alir volumetrik: Desain pompa:

Untuk aliran laminar, NRe < 2100

Di,opt = 0,363 mv0,45μ0,2 (Peters, 2004)

= 0,363 × (3,2717. 10-6 m3/s) 0,45 × (0,88) 0,2 = 0,0030 m = 0,1190 in

Dari Tabel A.5-1 Geankoplis, 2003, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : 1/8 in Bilangan Reynold:

NRe = 193,8525

Untuk pipa commercial steeldiperoleh harga ε = 0,00015 ft (Peters, 1984) pada NRe = 193,8525 dan ε/D = 0,0022

diperoleh harga factor fanning (Gambar 5.1) , f = 0,008 (Peters,1984).

Friction loss :

(64)

0,00023 ft.lbf/lbm

0

Tinggi pemompaan, ∆z = 2,1771 m = 7,1426 ft.

0

(65)

LC.14 Cooler (E-101)

Fungsi : Mendinginkan campuran dari Reaktor Deprotonasi (R-101) sebelum masuk ke Reaktor Polimerisasi (R-102)

Tipe : Double pipe exchanger Dipakai : 20 ft, 2 × 1 ¼ in IPS

Jumlah : 1 unit

1. Neraca Energi

 Fluia panas (Campuran garam bisfenol)

Laju alir umpan masuk = 4746,2922 kg/jam = 10463,8424 lb/jam Temperatur awal (T1) = 40oC = 104oF

Temperatur akhir (T2) = 25oC = 77oF

 Fluida dingin (air, H2O)

Laju alir umpan masuk = 787,4054 kg/jam = 1735,9415 lb/jam Temperatur awal (t1) = 15oC = 59oF

Temperatur akhir (t2) = 25oC = 77oF

Panas yang diserap (Q) = 32.992,2857 kJ/jam = 31.270,5289 Btu/jam

2. ∆T = beda suhu sebenarnya

Fluida panas Fluida dingin selisih

T1 = 104oF Temperatur lebih tinggi t2 = 77oF ∆t2 = 27oF T2 = 77oF Temperatur lebih rendah t1 = 59oF ∆t1 = 18oF T1 -T2 = 27oF Selisih t2 –t1 = 18oF ∆t2- ∆t1 = 9oF

LMTD =

18 27 ln

9 ln

1 2

t t

22,1967oF

R = 1 2

2 1

t t

T T

= 1,50 18 27

S =

59 104

18 1

1 1 2

t T

t t

(66)

Dengan nilai R dan S di atas, diperoleh nilai FT = 0,825 (dari Fig. 18, hal 828, Kern, 1965)

FT merupakan faktor koreksi LMTD.

Maka ∆t = FT × LMTD = 0,825 × 22,1967 = 18,3123oF

3. Suhu kaloric Tc dan tc

Tc =

2 77 104 2

2 1 T

T

90,5oF

tc = 2

2 1 t

t

2 59 77

68oF

dari tabel ukuran HE (Tabel 6.2 Kern), luas aliran annulus = 1,19 in2 dan luas aliran pipa = 1,5 in2. Aliran campuran garam bisfenol lebih besar daripada aliran air pendingin, sehingga campuran garam bisfenol dilewatkan melalui pipa dan air pendingin melalui annulus.

(67)

Fluida panas –annulus, campuran garam

Rea = 41611,4953 8. jH = 110 [fig. 24]

12.koef. Keseluruhan bersih

Fluida dingin –tube, air pendingin

5.D = 1,38/12 = 0,115 ft

11.koreksi hi terhadap permukaan hio = hi × ID/OD

(68)

o io

h h

Uc =

269,3008

15,0740

) 269,3008 )(

15,0740 (

Uc = 14,2750 Btu/(j.ft2.oF) 13.koef. Keseluruhan desain

1/UD = 1/UC + Rd Rd = 0,003

1/UD = 1/14,2750 + 0,003 UD = 13,6888 Btu/(j.ft2.oF) 14.permukaan yang dibutuhkan:

Q = UD × A × ∆t Atau

A = Q/( UD × ∆t )

A = (34675,5761)/[(13,6888)/(18,3123)] A = 138,3299 ft2

Dari tabel 11 untuk 1 ¼ in IPS, luas permukaan luar per ft panjang pipa = 0,435 ft2/ft.

Panjang yang dibutuhkan = 138,3299/0,435 Panjang yang dibutuhkan = 317,9997 ft Berarti dapat digunakan 8 × 20 ft hairpin dengan panjang total 8 × 2 × 20 = 320 ft

(69)

UD = 34675,5761/(139,2 × 18,3123) UD = 13,6032 Btu/(j.ft2.oF)

Rd = (Uc - UD)/ (Uc .UD)

Rd = (14,2750 - 13,6032)/ (14,2750 × 13,6032) Rd = 0,0035 (j.ft2.oF)/Btu.

Penurunan Tekanan

1’. De’ untuk pressure drop berbeda dengan heat transfer.

De’ = D2 - D1