Lampiran b Neraca Panas - Copy

(1)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Dari hasil perhitungan neraca massa selanjutnya dilakukan perhitungan neraca energi. Perhitungan neraca energi didasarkan pada :

Basis : 1 jam operasi

Satuan Panas : Kilo Joule (kJ)

Temperatur Referensi : 25˚C (298,15K)

Neraca energi

{(Energi masuk) - (Energi Keluar) + Generasi Energi) - (Konsumsi Energi)} =

{Akumulasi Energi}

(Himmelblau,ed.6,1996)

Energi secara umum yang terlibat berupa energi panas (Q) dan kerja (W). Perhatikan gambar dibawah ini :

(2)

Pada Gambar B.1 terlihat proses perpindahan energi secara pada suatu sistem. Pada keadaan 1, suatu materi atau bahan memiliki empat buah energi yaitu energi kinetik (K1), energi potensial (P1), energi dalam (U1), dan energi berupa kerja p1v1(w1) serta memiliki laju alir massa m1. Materi atau bahan tersebut kemudian melewati sebuah sistem tertentu, dimana materi atau bahan tersebut membutuhkan energi dari luar berupa panas (-Q) dan kerja (-W) atau sebaliknya, dapat menghasilkan energi berupa panas (Q) dan kerja (W). Setelah melewati sistem, bahan atau materi tersebut berada pada keadaan 2, dimana materi tersebut memiliki energi berupa energi kinetik (K2), energi potensial (P2), energi dalam (U2), dan energi berupa kerja p2v2 (w2) serta memiliki laju alir massa m2.

Sehingga persamaan neraca energi secara umum menjadi :

(U1 +K1 +P1)m1 - (U2 +K2 +P2)m2 + Q +W + w1 = w2 = ΔE

(U1 +K1 +P1)m1 - (U2 +K2 +P2)m2 + Q +W + (p1v1)m1 - (p2v2)m2 = ΔE

Jika tidak ada perubahan laju alir massa sebesar m1 = m2 = m dan tidak akumulasi energi pada sistem, maka persamaan tersebut dapat disederhanakan menjadi :

{( U2 - U1) + ( K2 - K1) + ( P2 - P1) + (p2v2)- (p1v1)}m = Q + W

(3)

Sistem berada pada tekanan tetap sehingga terdapat hubungan ΔH = ΔU + Δpv. (Smith,J.M., Ed.6th_{, 2001, Pers.2.11., hal. 38)}

{ΔH + ΔEk + ΔP}m = Q + W

(Himmelblau,ed.6,1996)

Jika pada sistem perubahan energi kinetik dan energi potensial sangat kecil dibandingkan energi yang timbul akibat adanya reaksi maka nilai ∆Ek dan ∆P dapat diabaikan (bernilai nol) dan jika tidak ada kerja yang diberikan atau dihasilkan ke dan dari sistem maka persamaan neraca energi tersebut menjadi,

Q = ΔH

Q = ΔH = Hproduk - Hreaktan

Jika tidak ada panas yang timbul akibat perubahan fasa materi pada suatu sistem maka,

Q = ΔH = ( n Cp dT)Ʃ keluar - ( n Cp dT)Ʃ masuk

Jika sistem yang ditinjau berada dalam keadaan adiabatis maka,

0 = ΔH = ( n Cp dT)Ʃ keluar - ( n Cp dT)Ʃ masuk

( n Cp dT)Ʃ keluar - ( n Cp dT)Ʃ masuk

Keterangan :

ΔH = Perubahan Panas (kJ)

(4)

Cp = Kapasitas Panas (Kj/kmol.K)

Dt = Perbedaan Temperatur (K)

(Himmelblau,ed.6,1996)

Entalpi bahan pada temperatur dan tekanan tertentu adalah :

∆H = ∆HT – ∆Hf

Keterangan :

∆H = Perubahan entalpi

∆HT = Entalpi bahan pada suhu T

∆Hf = Entalpi bahan pada suhu referensi (25˚C)

Enthalpi bahan untuk campuran dapat di rumuskan sebagai berikut :

∆H = Σ n Cp dT

Keterangan :

∆H = Perubahan entalpi

n = mol

+ E 5

(

T 5 - T5_ref

)

Keterangan :

Cp : Kapasitas panas (J/mol K) A,B,C,D,E : Konstanta

Tref : Temperatur referensi = 298,15 K T : Temperatur operasi (K)

 Kapasitas Panas Cairan

Tabel B.1 Data Konstanta Kapasitas Panas Gas dalam (J/mol.K)

Komponen A B C D E H2O 33,93 3 -0,0084186 0,00002990 6 -1,7825E-08 3,6934E-12 NH3 33,57 3 -0,012581 0,00008890 6 -7,1783E-08 1,8569E-11 NO 33,22 7 -0,023626 0,00005315 6 -3,7858E-08 9,1197E-12 NO2 32,79 1 -0,00074294 0,00008172 2 -8,2872E-08 2,4424E-11 N2 29,34 -0,0035395 0,00001007 -4,3116E-09 2,5935E-15

(6)

2 6 O2 29,52

6 -0,008999

0,00003808

3 -3,2629E-08 8,8607E-12 (Reff : Carl L. Yaws, “Thermodynamic and Physical Data”)

 Kapasitas Panas Gas

Tabel B.2 Data Konstanta Kapasitas Panas Cairan dalam (J/mol.K) Kompone n A B C D E H2O 92,053 -0,039953 -0,00021163 5,3469E-07 0 NH3 -182,157 3,3618 -0,014398 0,00002037 1 0 HNO3 214,478 0,76762 0,001497 -3,0208E-07 0 (Reff : Carl L. Yaws, “Thermodynamic and Physical Data”)

Berat molekul untuk masing-masing komponen

Komponen Rumus kimia Berat molekul Kg/kmol

Asam nitrat HNO3 63,0180

Amonia NH3 17,0310 Nitric Oxide NO 30,0000 Nitrogen dioxide NO2 46,0000 Oxygen O2 32,0000 Water H2O 18,0000 Nitrogen N2 28,0000

(Reff : Carl L. Yaws, “Thermodynamic and Physical Data”)

Tekanan Uap Murni masing-masing Komponen

Untuk menentukan tekanan uap murni suatu komponen pada suhu tertentu dinyatakan dengan persamaan :

(7)

log P0 = A +

T B

+ C log T + D T + E T2

Dimana :P0 = tekanan uap murni suatu komponen pada suhu tertentu (mmHg) T = suhu (K) A,B,C,D,E = konstanta Kompone n A B C D E H2O 29,8605

-3,1522E+03 -7,3037E+00 -2,4247E-09 1,8090E-06 NH3 31,1575

-2,0277E+03 -1,1601E+01 7,4625E-03 -9,5811E-12 N2 23,8572

-4,7668E+02 -8,6689E+00 2,0128E-02 -2,4139E-11 O2 20,6695

-5,2697E+02 -6,7062E+00 1.,2926E-02 -9,8832E-13 (Reff : Carl L. Yaws, “Thermodynamic and Physical Data”)

Panas Penguapan

Untuk P 1 atm, maka persamaan Watson digunakan untuk menghitung panas penguapan, sebagai fungsi dari suhu.Untuk mencari panas penguapan pada suhu tertentu digunakan persamaan :

Hv = A (1 - Tc

T

(8)

Dimana :Tc = suhu kritis masing-masing komponen (o_K) Hv = panas penguapan pada titik didihnya (kJ/mol)

Komponen A Tc N

H2O 52,053 647,13 0,321

NH3 31,523 405,65 0,364

N2 9,430 126,10 0,533

O2 8,040 158,58 0,201

Viskositas Gas

Untuk mengetahui viskositas gas suatu komponen pada suhu tertentu dinyatakan dengan persamaan :

µ gas = A + BT + CT2 ( cp ; T = oK )

Komponen A B C Tmin Tmax

H2O -36,826 4,2900E-01 -16,200E-05 280 1073 NH3 -7,874 3,6700E-01 -4,4700E-06 195 1000 N2 42,606 4,7500E-01 -9,8800E-05 150 1500 O2 44,224 5,6200E-01 -1,1300E-04 150 1500

Viskositas Cairan

Untuk mengetahui viskositas cairan suatu komponen pada suhu tertentu dinyatakan dengan persamaan :

(9)

Log µ cair = A + B/T + CT + DT2 ( cp ; T = oK ) Komponen A B.102 _C.10-2 _D.10-6 _T min Tmax Water -7,1711 7,4736 2,1697 -27,176 143 470 Ammonia -7,4005 11,815 1,4888 -13,713 285 562 Nitric oxide -5,8058 10,140 1,0909 -9,7803 230 658 NO2 -4,5611 3,0811 1,8030 -38,145 105 202 Nitrogen -4,2694 2,8954 1,7111 -36,092 98 305 Oxygen -5,2585 8,3065 1,0784 -10,618 210 617 Nitric acid -7,3801 3,1925 4,793 -141,2 91 191 (Reff : Smith, J.M, Van Ness, H.C, Abbott, M.M, “Introduction to Chemical

Engineering Thermodynamics”, 5th _ed.)

Konduktivitas Panas Gas

Untuk mengetahui konduktivitas panas gas suatu komponen pada suhu tertentu dinyatakan dengan persamaan :

k gas = A + BT + CT2 ( W/ m K ; T = oK )

Komponen A B.10-5 _C.10-8 _{T max} _{T min}

Water -0,00137 1,8081 12,136 225 480 Ammonia -0,00565 3,4493 6,9298 325 700 Nitric oxide -0,01063 5,9356 2,5488 457 1000 NO2 -0,01936 12,547 3,8298 225 825 Nitrogen -0,00123 3,6219 12,459 150 750 Oxygen -0,00797 4,0572 6,7289 400 825 Nitric acid -0,00935 14,028 3,3180 97 1400 (Reff : Carl L. Yaws, “Thermodynamic and Physical Data”)

Konduktivitas Panas Cairan

Untuk mengetahui konduktivitas panas cairan suatu komponen pada suhu tertentu dinyatakan dengan persamaan :

Log k cair = A + B(1-T/c)2/7 ( W/ m K ; T = oK )

Komponen A B C T max T min

Water -1,2287 0,5322 469,65 143 446

Ammonia -1,6846 1,0520 562,16 279 534

Nitric oxide -1,7474 0,9969 657,96 230 625

(10)

Nitrogen -1,3314 0,8527 282,36 104 268

Oxygen -1,7498 1,0437 617,17 178 586

Nitric acid -1,0976 0,5387 190,58 91 181 (Reff : Carl L. Yaws, “Thermodynamic and Physical Data”)

k cair = A + BT + CT2

Komponen A B.10-3 _C.10-6 _{T max} _{T min}

Water -0,2758 4,6120 -5,5391 273 633

Nitric acid

Berikut ini adalah perhitungan neraca panas pada masing-masing alat :

1. Neraca Panas di Sekitar Heater NH3

Fungsi :Memanaskan cairan umpan vaporizer sebanyak 882 kg/jam dari -33,5C menjadi 17,4 C.

Dimana : ∆Hin = Laju alir panas NH3 masuk Heater (kJ/jam) ∆Hout = Laju alir panas NH3 keluar Heater (kJ/jam) ∆Hsteam in = Laju alir panas steam masuk (kJ/jam) ∆Hsteam out = Laju alir panas steam keluar (kJ/jam)

a. Panas masuk heater (Aliran 1)

T bahan : 273.15 + (-33,5)˚C = 239,5 K T referensi : 273.15 + 25˚C = 298.15 K Kompone n n(Kmol) ʃCpdT(kJ/kmol) Qin NH3(l) 51,834 -4528,23 -234719,66

(11)

H2O(l) 0,049 -4473,59 -219,22

Total 51,883 -234938,88

b. Panas Keluar heater (Aliran 2)

T bahan : 273,15 + 17,4˚C = 290,4 K T referensi : 273,15 + 25˚C = 298.15 K

Kompone n

n(Kmol) ʃCpdT(kJ/kmol) Qout

NH3(l) 51,834 -674,52 -34963,55

H2O(l) 0,049 -642,68 -31,49

Total 51,883 -34995,05

c. menghitung laju alir massa dan laju alir panas steam ∆Hsteam = ∆H2 - ∆H1

= (-34995,05) - (-234938,88) = 199943,83

Oleh karena itu membutuhkan fluida panas yang berfungsi sebagai pemanas yaitu saturated steam pada steam tabel dengan kondisi :

- Temperatur (T) = 100˚C - Tekanan (P) = 101,35 kPa - H1 = 419,04 kJ/kg

- Hv = 2676,1 kJ/kg

- λs = Hv – Hl = 2676,1 - 419,04 = 2257,06 kJ/kg - maka massa steam :

W_s=∆H λs

=199943,83 kJ/jam

2257,06 kJ/kg =88,59 - Panas steam masuk (∆Hsteam in)

∆Hsteam in = Ws × Hv = (88,59 kg/jam) × (2676,1 kJ/kg) = 237064,9 kJ/jam

- Panas steam keluar (∆Hsteam out)

∆Hsteam out = Ws × Hl = (88,59 kg/jam) × (419,04 kJ/kg) = 37121,06 kJ/jam

(12)

Setelah dilakukan perhitungan neraca panas pada masing-masing komponen maka dapat disusun tabel neraca panas komponen sebagai berikut :

komponen Aliran Input (Kj/jam) Aliran Output(Kj/jam) ∆H1 ∆Hsteam in ∆H2 ∆Hsteam out

Amonia _-234719,66 _- _-34963,55 _-

Air _-219,22 _- _-31,49 _-

Steam - 237064,90 - 37121,06

Sub Total -234938,88 237064,90 -34995,05 37121,06

Total 2126,01 2126,01

2. Neraca Panas di Sekitar Vaporizer (V-01)

Kode : V-01

Fungsi : Menguapkan Amonia dari preheater sebanyak 5979,3614 kg/jam sebagai umpan segar ke Reaktor (R-01).

Tujuan : a. Menghitung beban panas di vaporizer b. Menghitung kebutuhan steam

Gambar B.1 Aliran panas di sekitar Vaporizer

Dimana : ∆H1 = Laju alir panas NH3 masuk vaporizer (kJ/jam) ∆H2 = Laju alir panas NH3 keluar vaporizer (kJ/jam) ∆Hsteam in = Laju alir panas steam masuk (kJ/jam) ∆Hsteam out = Laju alir panas steam keluar (kJ/jam)

(13)

a. Menghitung beban panas di vaporizer

 Menghitung dew point dan bubble point

Penentuan tekanan uap dengan menggunakan persamaan Antoine :

T C B A P Ln    komposis i A B C NH3 16.9481 2132.500 -32.9800 H2O 18.3036 3816.44 0 -46.1300 ( Coulson, 1980 ; Apendiks D )

Dicari nilai Temperature Dew Point (TDP) dan Temperature Bubble Point (TBP) dengan cara trial, menggunakan nilai tekanan uap yang didapat dari persamaan Antoine, sehingga diperoleh  xi =1 (untuk TDP) dan  yi =1 (untuk TBP). P operasi = 6 atm. Komposis i Kmol Yi K Xi K Yi Amonia 51.8347 0.999 1.3795 0.7242 1.0009 0.999999 Air 0.0490 0.001 0.0038 0.2506 0.0020 0.000002 1  xi = 1  yi = 1 Didapat : Tdew = 20˚C = 293K Tbubble = 10,2124 = 283,2K

 Menghitung beban panas Vaporizer

Vaporizer menguapkan input dari Pre-Heater pada 283,2K Tinput = 283,2K

(14)

Pada vaporizer, panas yang dibutuhkan adalah panas sensibel , sehingga : H out = Hv m dT Cp m 283,2 298,15    

_

Dimana : Hv = panas penguapan pada suhu tertentu (kJ/kmol) Neraca Panas Total

H 1 + Hs = Hc + Q 1 H 1 + ms Hs = mc Hc + Q 1 Karena ms = mc dan m1 = m2, maka

λ total Q ms vap) H ( m ) ms(λ .dT Cp m .dT Cp m ) H -(H m Hc) -(Hs ms 1 443,45 298 L 2 303 298 L 1 1 2 1      



a. Panas masuk Vaporizer keluaran dari Heater NH3 T bahan : 273.15 + 17.4˚C = 290.4 K T referensi : 273.15 + 25˚C = 298.15 K Kompone n n(Kmol) ʃCpdT(kJ/kmol) Qin NH3(l) 51,834 -603,67 -31291,44 H2O(l) 0,049 -574,54 -0,028 Total 51,88 -31291,47

b. Panas masuk Vaporizer dari aliran recycle T bahan : 273.15 + 17.4˚C = 290.4 K T referensi : 273.15 + 25˚C = 298.15 K Kompone n n(Kmol) ʃCpdT(kJ/kmol) Qin NH3(l) 10,36 -603,67 -6,25 H2O(l) 0,0098 -574,54 -0,0056 Total 10,37 -6,26

(15)

c. Panas Keluar vaporizer

T bahan : 273,15 + 17,4˚C = 290,4 K T referensi : 273,15 + 25˚C = 298.15 K

Kompone n

NH3(g) 51,834 -272,67 -14133,98

H2O(g) 0,049 -255,50 -12,52

NH3(rec) 10,36 -603,67 -6258,26

H2O(rec) 0,0098 -57,54 -5,63

Total 62,26 -20410,40

d. menghitung laju alir massa dan laju alir panas steam ∆Hsteam = ∆H2 - ∆H1

= (-20410,40) - (-31297,73) = 10887,33

- Hv = 2676,1 kJ/kg

W_s=∆H λ_s =

10887,33 kJ/jam 2257,06 kJ/kg =4,82 - Panas steam masuk (∆Hsteam in)

(16)

komponen Aliran Input (Kj/jam) Aliran Output(Kj/jam) ∆H1 ∆Hsteam in ∆H2 ∆Hsteam out

NH3(l) _-31297,70 _- _-6258,26 _- H2O(l) _-0,034 _- _-5,63 _- NH3(g) _- _- _-14133,98 -H2O(g) - - -12,52 -Steam - 12908,6 2021,31 Sub Total -31297,74 12908,6 -20410,0 2021,31 Total -18389,09 -18389,09

3. Neraca Panas di Heater NH3

Fungsi :Memanaskan cairan umpan vaporizer sebanyak 882 kg/jam dari 17,4 ˚C menjadi 210 ˚C.

Dimana : ∆Hin = Laju alir panas NH3 masuk Heater (kJ/jam) ∆Hout = Laju alir panas NH3 keluar Heater (kJ/jam) ∆Hsteam in = Laju alir panas steam masuk (kJ/jam) ∆Hsteam out = Laju alir panas steam keluar (kJ/jam)

a. Panas masuk heater

T bahan : 273.15 + 17,4˚C = 290,4 K T referensi : 273.15 + 25˚C = 298.15 K

Kompone n

(17)

NH3(l) 51,834 -272,67 -14133,99

H2O(l) 0,049 -285,73 -14,00

Total 51,883 -14147,99

b. Panas Keluar heater

T bahan : 273,15 + 210˚C = 483 K T referensi : 273,15 + 25˚C = 298.15 K

Kompone n

NH3(l) 51,834 7110,87 368589,98

H2O(l) 0,049 6339,17 310,64

Total 51,883 368900,62

c. menghitung laju alir massa dan laju alir panas steam ∆Hsteam = ∆H2 - ∆H1

= (368900,62) - (-14147,99) = 383048,61

- Hv = 2676,1 kJ/kg

Ws=∆H_λ s

=383048,61 kJ/jam

2257,06 kJ/kg =169,71 - Panas steam masuk (∆Hsteam in)

(18)

Komponen Aliran Input (Kj/jam) Aliran Output(Kj/jam) ∆H1 ∆Hsteam in ∆H2 ∆Hsteam out

Amonia _-14133,99 _- _368589,98 _-

Air _-14,00 _- _310,64 _-

Steam - 454164,44 - 71115,8

Sub Total -14147,99 454164,44 368900,62 71115,8

Total 440016,45 440016,45

4. Neraca Panas di Sekitar Cooler (Primary Air)

Fungsi : Untuk mendinginkan bahan baku udara dari temperatur 275˚C menjadi 210˚C.

a. Panas masuk Cooler

T bahan : 273.15 + 275˚C = 548 K T referensi : 273.15 + 25˚C = 298.15 K Kompone n n(Kmol) ʃCpdT(kJ/kmol) Qin O2(g) 97,97 7605,56 745098,44 N2(g) 368,54 7338,77 2704665,49 H2O(g) 14,49 8637,72 129126,37 Total 481,46 3578890,30

b. Panas Keluar Cooler

Kompone n

O2(g) 97,97 5576,60 546325,93

N2(g) 368,54 5413,21 1995010,65

H2O(g) 14,49 6339,17 94765,04

Total 481,46 2636101,63

c. Menghitung kebutuhan cooling water (Mcw)

(19)

H in = H liquid keluar + H cooling water

H cooling water = H in - H liquid keluar

H cooling water (Hcw) = 3578890,30 - 2636101,63 = 942788,67 Kj/jam

Untuk menyerap panas tersebut maka di butuhkan cooling water dengan kondisi :

T in = 160 (380 K)

T out = 220 (493 K)

Maka,  Cp N2 = 77616833,2 Kj/mol

 Cp O2 =

5. Neraca Panas di Sekitar Cooler (Secondary Air)

Fungsi : Untuk mendinginkan bahan baku udara dari temperatur 210˚C menjadi 50˚C.

a. Panas masuk Cooler

T bahan : 273.15 + 210˚C = 483 K T referensi : 273.15 + 25˚C = 298.15 K

(20)

n

O2(g) 17,29 5576,60 96410,45

N2(g) 65,03 5413,21 352060,70

H2O(g) 2,63 6339,17 16723,24

Total 84,96 465194,40

Kompone n

O2(g) 17,28 738,51 12767,66

N2(g) 65,03 727,20 47295,23

H2O(g) 2,63 842,59 2222,83

Total 84,96 62285,74

6. Neraca Panas di Sekitar Reaktor

Fungsi : Untuk mereaksikan Amonia (NH3)dan Oksigen (O2) menghasilkan Nitrogen oksida (NO) dan air (H2O).

a. Panas masuk Reaktor dari keluaran Separator (Aliran 5) T bahan : 273.15 + 210 ˚C = 483 K T referensi : 273.15 + 25˚C = 298.15 K Kompone n n(Kmol) ʃCpdT(kJ/kmol) Qin NH3(g) 51,834 7110,87 368589,98 H2O(g) 0,049 6339,17 310,64 Total 51,883 368900,62

b. Panas masuk Reaktor dari keluaran Kompressor (Aliran 8) T bahan : 273,15 + 210˚C = 483 K T referensi : 273,15 + 25˚C = 298.15 K Kompone n n(Kmol) ʃCpdT(kJ/kmol) Qin O2(g) 97,96 5576,60 546325,92 N2(g) 368,54 5413,21 1995010,65 H2O(g) 14,94 6339,17 94765,04 Total 481,44 2636101,63

(21)

T bahan : 273,15 + 850˚C = 1123 K T referensi : 273,15 + 25˚C = 298.15 K Kompone

n

O2(g) 34,47 27036,21 931939,93

N2(g) 369,84 25186,92 9315145,66

NO(g) 49,24 26463,98 1303164,55

H2O(g) 92,75 31179,66 2891918,93

Total 546,3 14442169,1

d. Menghitung panas reaksi :

Reaksi yang terjadi di Reaktor :

NH3(g) + 5 4 O2(g) NO(g) + 3 2 H2O(g) NH3(g) + 3 4 O2(g) 1 2 N2(g) + 3 2 H2O(g)

Panas pembentukan standar {H˚Rx298,15 K}

Data H˚Rx masing-masing komponen pada keadaan standar (298,15 K): Hf˚ NH3 = -45.900 J/gmol Hf˚ N2 = 0 J/gmol Hf˚ O2 = 0 J/gmol Hf˚ H2O = -241.800 J/gmol Hf˚ NO = 90300 J/gmol ( Yaws, 1985 )

(22)

H298 reaksi 1 = {(Hf˚298 NO + Hf˚298 3 2 H2O) – (Hf˚298 NH3 + Hf˚298 5 4 O2)} = {(90.300 + 3_{2 x (-241.800)) – ((-45.900) + 0)}} = -226.500 H298 reaksi 2 = {(Hf˚298 1 2 N2 + Hf˚298 3 2 H2O) – (Hf˚298 NH3 + Hf˚298 3 4 O2)} = {( 1_{2 x 0 +} 3_{2 x (-241.800)) – ((-45.900) +} 3_{4 x 0)}} = -316.800

H298 reaksi total = {H298 reaksi 1 - H298 reaksi 2}

= {(-226.500) – (-316.800)}

= 90.300

e. Menghitung entalpi pada kondisi operasi (HR)

Perubahan entalpi reaktan dari suhu 511,52 K menjadi 1176,36 K dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :

(23)

HR = H˚R +

(

∫

T 1 T 2 Cpi dT

)

HR (1176,36 K) = H˚R (511,52 K) +

(

∫

511,52 1176,36 Cpi dT

T 5 - T5_ref

)

= -3479004,8 kJ/kmol

Menghitung panas reaksi

Jumlah NH3 mula-mula (FA0) = 51,83 kmol/jam

Konversi = 95% = 0,95 (Reaksi 1)

Maka, panas reaksi 1 (Q1) = HR (1176,36) . FA0 . X

= -226.500 x 0,95 x 51,83

= -11.153.527,71 kJ/jam

Konversi = 5% = 0,05 (Reaksi 2)

(24)

= -316.800 x 0,05 x 51,83

= -821.061,36 kJ/jam

Sehingga Q total = Q1 + Q2

= {-11.153.527,71 + (-821.061,36)}

= -11.974.589,08 kJ/jam

Menghitung panas dan massa air pendingin

Neraca Energi :

Qin – Qout + Qgen - Qkon = Qacc

Q cw = Qin – Qout + Qgen

= {3.005.002,25 – (14.442.169,1) + (-11.974.589,08)}

= 537.422,2 kJ/jam

Menghitung kebutuhan air pendingin

Cooling water (cw) yang digunakan pada pabrik Asam Nitrat masuk ke cooler pada temperatur 30c dan keluar pada temperatur 50c. Dari data kapasitas panas (Cp) air diperoleh sebagai berikut :

Cp air pada 30c = 4,181 kJ/kg.K

(25)

H = Cp x T

Sehingga :

H = H (50C) - H (30C)

= {(4,183 x (323,15 – 298,15) – (4,181 x (303,15 – 298,15)}

= 83,67 kJ/kg

Maka kebutuhan air pendingin :

F cw = Q cw/H = 537.422,2 : 83,67 = 6.423,117 kg/jam Q cw masuk = F cw x H (30c) = 6.423,117 x 4,181 = 26.855,05 kJ/jam Q cw keluar = F cw x H (50c) = 6.423,117 x 4,183 = 26.867,9 kJ/jam

(26)

7. Neraca Panas di WHB

Fungsi : digunakan untuk proses quenching (pendinginan) gas yang keluar

dari reaktor.

a. Panas masuk WHB (Aliran 11)

T bahan : 273,15 + 850˚C = 1123 K T referensi : 273,15 + 25˚C = 298.15 K Kompone

n

n(Kmol) ʃCpdT(kJ/kmol) Qin

O2(g) 34,47 27036,21 931939,93

N2(g) 369,84 25186,92 9315145,66

NO(g) 49,24 26463,98 1303164,55

H2O(g) 92,75 31179,66 2891918,93

Total 546,3 14442169,1

b. Panas keluar WHB (Aliran 12) T bahan : 273,15 + 500˚C = 773 K T referensi : 273,15 + 25˚C = 298.15 K Kompone

n

O2(g) 29,54 14925,28 440979,06 N2(g) 369,84 14137,42 5228591,99 H2O(g) 92,75 16963,63 1573379,41 NO2(g) 9,84 21350,95 210276,77 NO(g) 39,39 14682,96 578425,90 Total 541,36 8031653,14

8. Neraca Panas di Heater (HE-01)

Fungsi : Untuk mendinginkan gas yang keluar dari Waste Heat Boiler (WHB).

a. Panas masuk Heater (Aliran 12) T bahan : 273,15 + 500˚C = 773 K T referensi : 273,15 + 25˚C = 298.15 K

(27)

Kompone n

b. Panas keluar Heater (Aliran 13) T bahan : 273,15 + 170˚C = 443 K T referensi : 273,15 + 25˚C = 298.15 K Kompone

n

9. Neraca Panas di Heater (HE-02)

a. Panas masuk Heater (Aliran 13)

Kompone n

(28)

Fungsi : Mendinginkan dan mengembunkan air yang terkandung pada

campuran gas keluar Heat Exchanger. a. Panas masuk Cooler Condenser T bahan : 273.15 + 170˚C = 443 K T referensi : 273.15 + 25˚C = 298.15 K

Kompone n

O2(g) 11,22 738,51 8291,55 N2(g) 369,84 727,20 268948,71 H2O(g) 9,27 842,59 7815,08 NO2(g) 4,64 954,67 4437,76 NO(g) 16,70 749,21 12514,29 HNO3(l) 27,89 14704,26 410119,67 H2O(l) 69,52 1881,63 130829,13 Total 509,11 842956,20

11. Neraca Panas di Absorber

Fungsi : Mengoksidasi NO menjadi NO2 dan menyerap NO2 dengan bantuan

H2O menjadi larutan HNO3. A. Panas masuk Absorber

1. Panas masuk Absorber keluaran dari Separator (Aliran 15) T bahan : 273.15 + 50˚C = 323 K

T referensi : 273.15 + 25˚C = 298.15 K Kompone

n

(29)

O2(g) 11,22 738,51 8291,55 N2(g) 369,84 727,20 268948,71 H2O(g) 9,27 842,59 7815,08 NO(g) 4,65 954,66 4437,76 NO2(g) 16,70 749,21 12514,29 Total 411,69 302007,40

2. Panas masuk Absorber keluaran dari Separator (Aliran 16) T bahan : 273.15 + 50˚C = 323 K

n

n(Kmol) ʃCpdT(kJ/kmol) Qin HNO3(l) 27,89 14704,26 410119,67 H2O(l) 69,52 1881,63 130829,13

Total 97,42 540948,80

3. Panas masuk Absorber keluaran dari Kompressore (Aliran 19) T bahan : 273.15 + 50˚C = 323 K

n

O2(g) 17,28 738,51 12767,66

N2(g) 65,03 727,20 47295,23

H2O(g) 2,63 842,59 2222,83

Total 84,96 62285,74

4. Panas masuk Absorber dari Make up water T bahan : 273.15 + 30˚C = 303 K

n

H2O(l) 6,94 1130,19 7844,80

Total 6,94 7844,80

B. Panas keluar Absorber

1. Panas Keluar Absorber bagian atas (Aliran 20) T bahan : 273,15 + 40˚C = 313 K

(30)

Kompone n

2. Panas Keluar Absorber bagian bawah (Aliran 21) T bahan : 273,15 + 40˚C = 313 K

T referensi : 273,15 + 25˚C = 298.15 K

Kompone n

n(Kmol) ʃCpdT(kJ/kmol) Qout HNO3(l) 40,88 14704,26 601184,46 H2O(l) 69,97 1881,63 131664,92