LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Basis perhitungan = 1 jam operasi Satuan operasi = kg/jam Waktu operasi per tahun = 330 hari

Kapasitas produksi = 27.500 ton/tahun

Berat Molekul = H2O = 18,015 gr/mol

Gliserol = 92,09382 gr/mol Trigliserida = 850 gr/mol Metanol = 32,042 gr/mol KOH = 56,11 gr/mol Asam Oleat = 282,4614 gr/mol C21H40O4 = 356,54 gr/mol

C39H72O5 = 620,986 gr/mol

C57H104O6 = 885,432 gr/mol

Bahan Baku = Gliserol Asam Oleat KOH (Katalis)

Produk Akhir = C21H40O4 (75% berat)

C39H72O5

C57H104O6

Produk Samping = H2O

Misal = C21H40O4 = Gliserol Monooleat

C39H72O5 = Gliserol Dioleat

C57H104O6 = Gliserol Trioleat

F = Laju alir massa (kg/jam) W = Fraksi massa

N = Laju alir mol (kgmol/jam)

(2)

A.1 Tangki Gliserol Kasar (TT-101)

Dari perhitungan mundur diperoleh jumlah larutan gliserol kasar yang diperlukan untuk kapasitas produksi 27.500 ton/tahun adalah sebanyak 3.472,222 kg/jam. FL-101 1 2 3 Trigliserida Gliserol Air Metanol KOH Trigliserida Gliserol Air Metanol KOH Trigliserida Air Metanol KOH

Pada dekanter (FL-101) ini, 80% trigliserida dapat dipindahkan menuju alur- 2 dan sisa trigliserida lainnya tetap terbawa ke alur-3. Di alur-2 ini air, metanol dan KOH juga ikut terbawa namun dalam jumlah yang relatif tidak begitu besar.

F1 = F2 + F3

4623,568180 kg/jam = 4242,244018 kg/jam + F3

F3 = (4623,568180 – 4242,244018) kg/jam F3 = 381,324162 kg/jam

Maka Neraca Massa pada dekanter (FL-101)

F1triglisrida = 6,88% x F1

Alur-1

= 6,88% x 4623,568180 kg/jam = 318,101491 kg/jam

(3)

F1 gliserol = 75,29% x F1 = 75,29% x 4623,568180 kg/jam = 3481,084483 kg/jam F1air = 3,70% x F1 = 3,70% x 4623,568180 kg/jam = 171,072023 kg/jam F1metanol = 7,24% x F1 = 7,24% x 4623,568180 kg/jam = 334,746336 kg/jam F1KOH = 6,89% x F1 = 6,89% x 4623,568180 kg/jam = 318,563848 kg/jam F3trigliserida = 80% x F1trigliserida Alur-3 = 80% x 318,101491 kg/jam = 254,481193 kg/jam F3 air = 15% x F1air = 15% x 171,072023 kg/jam = 25,660803 kg/jam F3metanol = 15% x F1metanol = 15% x 334,746336 kg/jam = 50,211950 kg/jam

F3KOH = (0,4 x F3metanol) + (1,21 x F3 air)

= (0,4 x 50,211950) + (1,21 x 25,660803) = 50,970216 kg/jam

F2trigliserida = F1triglisrida – F3triglisrida

Alur-2

= (318,101491 - 254,481193) kg/jam = 63,620298 kg/jam

(4)

= 3.481,084483 kg/jam F2air = F1air – F3air

= (171,072023 – 25,660803) kg/jam = 145,411219 kg/jam

F2metanol = F1metanol – F3metanol

= (334,746336– 50,211950) kg/jam = 284,534386 kg/jam

F2KOH = F1KOH – F3KOH

= (318,563848 – 50,970216) kg/jam = 267,593632 kg/jam A.3 Dekanter (FL-102) FL-102 2 4 5 Trigliserida Gliserol Air Metanol KOH Gliserol Air Metanol KOH Trigliserida Air Metanol KOH

Pada dekanter (FL-102) ini, trigliserida yang dialirkan dari dekanter (FL-101) terbawa keseluruhan ke alur-5 bersama dengan sedikit air, metanol, dan KOH.

F2 = F5 + F4

4.242,244018 kg/jam = 170,927120 kg/jam + F4

F4 = (4.242,244018 – 170,927120) kg/jam F4 = 4.071,316898 kg/jam

(5)

F5trigliserida = F2trigliserida Alur-5 = 63,620298 kg/jam F5 air = 15% x F2 air = 15% x 145,411219 kg/jam = 21,811683 kg/jam F5metanol = 15% x F2metanol = 15% x 284,534386 kg/jam = 42,680158 kg/jam

F5KOH = (0,4 x F5metanol) + (1,21 x F5air)

= (0,4 x 42,680158) + (1,21 x 21,811683) = 42,814981 kg/jam

F4trigliserida = F2trigliserida – F5 trigliserida

Alur-4

= (63,620298 - 63,620298) kg/jam = 0 kg/jam

F4gliserol = F2gliserol

= 3.481,084483 kg/jam F4air = F2air – F5air

= (145,411219 – 21,811683) kg/jam = 123,599536 kg/jam

F4metanol = F2 metanol – F5metanol

= (284,534386 – 42,680158) kg/jam = 241,8542228 kg/jam

F4KOH = F2KOH – F5KOH

= (267,593632– 42,814981) kg/jam = 224,778651 kg/jam

(6)

A.4 Sentrifusi (FF-101)

Dalam sentrifusi (FF-101) ini, seluruh KOH yang membentuk slurry bersama sedikit air dan gliserol terbawa ke alur-6. Hal ini dikarenakan kelarutan KOH dalam air akibat sentrifusi yang dilakukan, sehingga komponen dengan berat jenis yang besar akan menuju ke bawah.

Maka Neraca Massa di sentrifusi (FF-101)

F6Gliserol = 0,001% x F4Gliserol Alur-6 = 0,001% x 3.481,084483 kg/jam = 0,348108 kg/jam F6KOH = F4KOH = 224,778651 kg/jam F6air = 15% x F4air = 18,539930 kg/jam

F7gliserol = F4gliserol – F6gliserol

Alur-7

= (3.481,084483 - 0,348108) kg/jam = 3.480,736374 kg/jam

F7air = F4air - F6air

= (123,599536 - 18,539930) kg/jam = 105,059606 kg/jam

(7)

F7metanol = F4metanol - F6 metanol

= (241,8542228 – 0) kg/jam = 241,854228 kg/jam

A.5 Vaporizer (VE-101)

VE-101 T C 8 9 11 Gliserol Air Metanol Air Metanol Gliserol

Umpan campuran gliserol, metanol dan air dialirkan menuju vaporizer (VE- 101) ini setelah sebelumnya dipanaskan di heater (E-104). Karena suhu vaporizer dioperasikan pada 105oC, maka air dan metanol akan menuju ke alur-9 karena keduanya memiliki titik didih di bawah 105oC. Sedangkan gliserol menuju ke alur 11, hal ini dikarenakan titik didih gliserol lebih besar dari 105oC (yaitu 290oC).

Maka Neraca Massa di Vaporizer (VE-101)

F8total = F7gliserol + F7 air + F7metanol

Alur-8

= (3.480,736374 + 105,059606 + 241,854228) kg/jam = 3.827,650208 kg/jam

F9total = F8air + F8metanol

Alur-9

= (105,059606 + 241,854228) kg/jam = 346,913834 kg/jam

(8)

F11 total = F8total - F9total Alur-11 = (3.827,650208 - 346,913834) kg/jam = 3.480,736374 kg/jam F11gliserol = F11total A.6 Mixer (M-201) LC 21 19 22 M-201 KOH Gliserol Gliserol KOH

Dalam mixer (M-201) ini, KOH sebagai katalis dicampurkan terlebih dahulu dengan gliserol murni sebelum direaksikan dengan asam oleat. Sesuai dengan penelitian yang telah dilakukan (Pardi, 2005), rasio molar antar gliserol dengan asam oleat adalah 3 : 1 dan berat katalis KOH yang digunakan adalah 0,16% dari berat asam oleat.

Sehingga Neraca Massa pada mixer (M-201) F19gliserol = 3480,736374 kg/jam gliserol gliserol gliserol BM F N 19 19 ₌ 094 , 92 4 3480,73637 19 = gliserol N N19gliserol = 37,795548 Kmol

(9)

Karena katalis KOH yang digunakan beratnya adalah 0,16 % dari berat asam oleat, maka harus ditentukan dulu berat asam oleat tersebut dengan terlebih dahulu dihitung berapa besar Nasam oleat.

Nasam oleat = N19gliserol / 3

= (37,795548 Kmol / 3) = 10,30880605 Kmol

Dari Nasam oleat ini, dapat dihitung berapa Kg asam oleat yang diperlukan, dan

selanjutnya jumlah katalis KOH yang diperlukan juga dapat diketahui. Grasam oleat = Nasam oleat x BMasam oleat

= 12,598515 x 282,4614 = 3.558,594447 Kg

Sehingga jumlah katalis KOH yang dibutuhkan adalah, GrKOH = 0,16 x Grasam oleat

= 0,16 x 3.558,594447 Kg = 5,693751 Kg

Maka,

F21KOH = 5,693751 Kg/jam

Finput = F19gliserol + F21KOH

= (3.480,736374 + 5,693751) Kg/jam = 3.486,430125 Kg/jam F22gliserol = F19gliserol Alur-22 = 3.480,736374 kg/jam F22KOH = F21KOH = 5,693751 Kg/jam Foutput = Finput = F19gliserol + F21KOH = 3.486,430125 Kg/jam

(10)

A.7 Reaktor (R-201) L C P I R-201 25 ₂₃ 26

Asam Oleat Gliserol KOH Air KOH Gliserol Monooleat Gliserol Dioleat Gliserol Trioleat

F25asam oleat = 3.558,594447 Kg/jam

F23gliserol = F22gliserol

= 3.480,736374 kg/jam F23KOH = F22KOH

= 5,693751 Kg/jam F23 total = F23gliserol + F23KOH

= (3.480,736374 + 5,693751) Kg/jam = 3486,430125 Kg/jam

Finput = F23total + F25asam oleat

= (3.486,430125 + 3.558,594447) Kg/jam = 7.045,024572 Kg/jam

Dengan rasio molar gliserol dan asam oleat 3 : 1 ini, berdasarkan penelitian yang telah dilakukan (Pardi, 2005), gliserol dan asam oleat habis bereaksi, pada alur keluar reaktor (alur-26) terbentuk produk gliserol monooleat serta air sebagai produk samping dan sisa katalis KOH.

Komposisi masing-masing produk tersebut adalah sebagai berikut, F26 air = 50,66 % dari berat reaktan tanpa katalis

= 50,66 % x (F25asam oleat + F23gliserol)

(11)

= 3566,124994 Kg/jam F26 KOH = F23KOH

= 5,693751 Kg/jam

F26GMO = 42,35 % dari berat reaktan tanpa katalis

= 42,35 % x (3.558,594447 + 3.480,736374) kg/jam = 2.981,156603 Kg/jam

F26GDO = 5,44 % dari berat reaktan tanpa katalis

= 5,44 % x (3.558,594447 + 3.480,736374) kg/jam = 382,939597 Kg/jam

F26GTO = 1,55 % dari berat reaktan tanpa katalis

= 1,55 % x (3.558,594447 + 3.480,736374) kg/jam = 109,109628 Kg/jam

F26total = F26air + F26KOH + F26GMO + F26GDO + F26GTO

= (3.566,124994 + 5,693751 + 2.981,156603 + 382,939597 + 109,109628) Kg/jam

= 7.045,024572 Kg/jam

A.8 Dekanter Sentrifugasi (DC-301)

Produk dan produk samping yang keluar dari alur-26 reaktor (R-201), dialirkan melewati heater (E-102) untuk memanfaatkan suhunya dalam proses

(12)

pemekatan KOH di evaporator (FE-101) kemudian dialirkan ke dekanter sentrifugasi (DC-301) setelah sebelumnya didinginkan di cooler (E-207) hingga temperature 30oC.

Maka Neraca Massa pada dekanter sentrifugasi (DC-301)

F28air = F26 air = 3566,124994 Kg/jam

Alur-28

F28KOH = F26KOH = 5,693751 Kg/jam

F28GMO = F26GMO = 2.981,156603 Kg/jam

F28GDO = F26GDO = 382,939597 Kg/jam

F28GTO = F26GTO = 109,109628 Kg/jam

F28total = 7.045,024572 Kg/jam

Sebagian KOH dan 85% berat air terbawa serta masing-masing 0,1% dari gliserol dioleat dan gliserol trioleat ikut terbawa ke alur-29 ini. Maka neraca massa pada alur ini adalah,

Alur-29 F29air = 85 % x F28air = 85 % x 3.566,124994 Kg/jam = 3.031,206245 kg/jam F29KOH = 50 % x F28 KOH = 50 % x 5,693751 Kg/jam = 2,846876 Kg/jam F29GDO = 0,1 % x F28GDO = 0,1 % x 382,939597 Kg/jam = 0,382940 kg/jam F29GTO = 0,1 % x F28GTO = 0,1 % x 109,109628 Kg/jam = 0,109110 kg/jam

F29total = F29air + F29KOH + F29gli.dioleat + F29gli.trioleat

= (3.031,206245 + 2,846876 + 0,382940 + 0,109110) kg/jam = 3.034,545170 kg/jam

(13)

F30air = F28air - F29air

Alur-30

= (3.566,124994 - 3.031,206245) kg/jam = 534,918749 kg/jam

F30KOH = F28KOH - F29KOH

= (5,693751 - 2,846876) kg/jam = 2,846876 kg/jam

F30GMO = F28GMO

= 2.981,156603 kg/jam F30GDO = F28GDO - F29GDO

= (382,939597 - 0,382940) kg/jam = 382,556657 kg/jam

F30GTO = F28GTO - F29GTO

= (109,109628 - 0,109110) kg/jam = 109,000518 kg/jam

F30total = F30air + F30KOH + F30gli.monooleat + F30gli.dioleat + F30gli.trioleat

= (534,918749 + 2,846876 + 2.981,156603 + 382,556657 + 109,000518) kg/jam

= 4.010,479403 kg/jam

A.9 Dekanter Sentrifugasi (DC-302)

Air dan KOH tersentrifugasi seluruhnya ke alur-31, serta 0,1 % masing-masing gliserol dioleat dan trioleat ikut ke alur-31 ini. Sedangkan gliserol monooleat

(14)

dan sedikit gliserol dioleat dan trioleat dialirkan menuju tangki penampungan produk (TT-309) melalui pompa (P-310) di alur-33. Maka neraca massa pada alur ini adalah,

F30total = F30air + F30KOH + F30gli.monooleat + F30gli.dioleat + F30gli.trioleat

Alur-30 = (534,918749 + 2,846876 + 2.981,156603 + 382,556657 + 109,000518) kg/jam = 4.010,479403 kg/jam F31 air = F30 air Alur-31 = 534,918749 kg/jam F31KOH = F30KOH = 2,846876 kg/jam F31GDO = 0,1 % x F30GDO = 0,1 % x 382,556657 kg/jam = 0,3822557 kg/jam F31GTO = 0,1 % x F30GTO = 0,1 % x 109,000518 kg/jam = 0.109001 kg/jam

F31 total = F31air + F31KOH + F31gli.dioleat + F31gli.trioleat

= (534,918749 + 2,846876 + 0,3822557 + 0.109001) kg/jam = 538,257182 kg/jam

F33GMO = F30GMO

Alur-33

= 2.981,156603 kg/jam F33GDO = F30GDO - F31GDO

= (382,939597 - 0,3822557) kg/jam = 382,174100 kg/jam

F33GTO = F30GTO - F31GTO

(15)

A.10 Evaporator (FE-101)

Dalam evaporator (FE-101) ini, KOH dan beberapa campuran lainnya dipekatkan dengan mengevaporasi air dari campuran tersebut. Sebanyak 96,8 % berat air berhasil dievaporasi menuju unit utilitas di alur-16, sedangkan sisa air dan campuran komponen lain disimpan di tangki (TT-104) setelah sebelumnya didinginkan di cooler (E-109).

Komponen di alur-15 berasal dari tangki (TT-103) dengan kompsisi sebagai berikut,

Tabel LA.1 Komposisi Masuk Evaporator (Alur-15)

Komponen BM

Inlet

Total Alur 6 Alur 29 Alur 31

F (kg/ jam) F (kg/ jam) F (kg/ jam)

KOH 56,11 224,778651 2,846876 2,846876 230,472402 H2O 18,015 18,539930 3.031,206245 534,918749 3.584,664924 GDO 620,986 - 0,382940 0,3822557 0,765496 GTO 885,432 - 0,109110 0.109001 0,218110 Gliserol 92,09382 0,348108 - - 0,348108 ∑ 3.816,469041

(16)

Tabel LA.2 Neraca Massa Di Evaporator (FE-101)

Komponen

Evaporator (FE-101)

Inlet Outlet

Alur 15 Alur 16 Alur 18

F (kg/ jam) F (kg/ jam) F (kg/ jam)

KOH 230,472402 - 230,472402 H2O 3.584,664924 3.469,955647 - GDO 0,765496 - 0,765496 GTO 0,218110 - 0,218110 Gliserol 0,348108 - 0,348108 ∑ 3.816,469041 3.469,955647 346,513394 3.816,469041

(17)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Basis perhitungan = 1 jam

Satuan panas = kJ (kiloJoule) Temperatur referensi = 25oC (298 K)

Persamaan-persamaan termodinamika yang dipergunakan dalam perhitungan neraca energi atau panas ini adalah sebagai berikut,

• Panas Masuk dan Keluar

Q = H =

∫

= ⋅ ⋅ T C T o dT Cp n 25 ... (Smith,dkk.2005) • Panas Penguapan Q = n . Hvl ... (Smith,dkk.2005)

Perhitungan estimasi Cps (J/mol.K) menggunakan metode Hurst dan Harrison,

dimana kontribusi elemen atom dan persamaan yang digunakan dapat dilihat sebagai berikut,

Tabel LB.1 Nilai ΔE untuk estimasi Cps

Elemen Atom ∆E C 10,89 H 7,56 O 13,42 Na 26,19 S 5,54 K 5,24 P 5,50 (Perry, dkk. 1999) Cp =

∑

= ∆ ⋅ n i Ei Ni 1

(18)

Perhitungan estimasi Cpl (kal/moloC) menggunakan metode Chueh dan

Swanson, dimana kontribusi gugus dan persamaan yang digunakan dapat dilihat sebagai berikut,

Tabel LB.2 Nilai ΔE untuk estimasi Cpl

Elemen Atom ∆E -CH3- 8,80 -CH2- 7,26 -CH- 5,00 -O- 8,40 -OH- 10,70 -COOH- 17,70 -COO- 13,80 (Lyman, dkk. 1981) Cp =

∑

= ∆ ⋅ n i Ei Ni 1

Perhitungan estimasi ΔHof (kJ/mol) menggunakan metode Joback dan Energi Ikatan Reaktan, dimana kontribusi gugus dan persamaan yang digunakan dapat dilihat sebagai berikut,

Tabel LB.3 Nilai Gugus untuk estimasi ΔHof

Elemen Atom ∆E -CH3- 8,80 -CH2- 7,26 C O O 5,00 -O- 8,40 -CH- 10,70 -S- 17,70 -OH- 13,80 (Lyman, dkk. 1981)

(19)

∑

= ∆ ⋅ + = ∆ n i o H Ni f H 1 29 , 68 • ΔHo f H2O = -57,80 kkal/mol (Reklaitis. 1983) Data ΔHof = -240,833 kJ/mol • ΔHo f CH3OH = -48,08 kkal/mol (Reklaitis. 1983) = -240,833 kJ/mol • ΔHo

f Gliserol = 139,80 kkal/mol (Reklaitis, 1983) = 584,923 kJ/mol

Hasil estimasi harga ΔHof, • ΔHo f Asam Oleat = 68,29 + (-337,92) + 2(29,89) + (-76,45) + (-208,04) + 14(-20,64) = -1.342,52 kJ/mol • ΔHo f GMO = 68,29 + (-76,45) + 16(-20,64) + 3(29,89) + (-337,92) + 2(-208,04) = 68,29 + (-76,45) + (-330,24) + 89,67 + (-337,92) + (-416,08) = -1.002,73 kJ/mol • ΔHo f GDO = 68,29 + 2(-76,45) + 26(-20,64) + 3(29,89) + (-337,92) + 2(-208,04) = 68,29 + (-152,9) + (-536,64) + 89,67 + (-337,92) + (-416,08) = -1.285,58 kJ/mol • ΔHo f GTO = 68,29 + 3(-76,45) +36(-20,64) + 3(29,89) + (-337,92) + 2(-208,04) = 68,29 + (-229,35) + (-743,04) + 89,67 + (-337,92)

(20)

+ (-416,08) = -1.568,43 kJ/mol • ΔHvl H2O = 40.656,2 J/mol (Reklaitis, 1983) Data ΔHvl = 40,66 kJ/mol • ΔHvl CH3OH = 35.270 J/mol (Reklaitis, 1983) = 35,27 kJ/mol • Cpg H2O = 7,986 + 4,633.10-4T + 1,403.10-6T2 + (-6,579.10-10T3) + Data Cp 9,795.10-14T4 (Reklaitis, 1983) • Cpl H2O = 18,296 + 4,7211.10-1T + (-1,339.10-3T2) + 1,314.10-6T3 (Reklaitis, 1983) • Cpg CH3OH = 9,801 + 8,431.10-3T + 6,669.10-6T2 + (-8,209.10-9T3) + 2,501.10-12T4 (Reklaitis, 1983) • Cpl CH3OH = -258,25 + 3,358T + (-1,1639.10-2T2) + 1,405.10-5T3 (Reklaitis, 1983)

Hasil estimasi harga Cps,

• Cps KOH = 5,24 + 13,42 + 7,56

= 26,22 J/mol = 0,02622 kJ/mol

(21)

LB.4 Hasil Estimasi Nilai Cp Pada Berbagai Temperatur

T (K) Cp (kJ/mol) Komponen

Gliserol H2O CH3OH KOH As.Oleat GMO GDO GTO

298 213,1748 74,8494 80,6568 0,02622 606,429 762,869 1.073,447 1.414,025 303 219,1858 74,9660 81,7255 0,057,88 607,729 734,16 1.074,747 1.415,325 333 252,8475 75,5253 88,1377 - - - - - 337,7 - - 89,0689 - - - - - 338 258,4578 75,6372 89,1283 - - - - - 363 290,9283 76,0846 - - - - 368 293,9283 76,2034 13,4435 0,42838 - - 1.183,928 1.533,792 373 303,3400 76,3222 - 0,456688 - 868,749 1.192,327 1.542,905 378 309,2655 76,5787 13,5479 - - - - - 453 398,7148 80,4268 14,3315 0,91287 657,729 1.004,629 1.311,207 1.671,785 (Lyman, dkk. 1981)

Steam yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 260oC dan tekanan 1,00 atm dan Hvl = 1.661,6538 kJ/kg. Air pendingin yang dipergunakan

dalam pabrik ini merupakan air yang memiliki temperatur 10oC (283 K) dan selanjutnya keluar pada temperatur 30oC (303 K) pada tekanan 760 mmHg ( 1 atm). H(10oC) =

∫

⋅ K KCPHO dT 283 298 2 = 18,296 (283-298) + 2 472 , 0 (2832-2982) - 3 10 336 , 1 ⋅ −3 (2833-2983) = -639,184 kJ/mol = -11.514,889 kJ/kg H(30oC) =

∫

⋅ K KCPHO dT 303 298 2 = 18,296 (303-298) + 2 472 , 0 (3032-2982) - 3 10 336 , 1 ⋅ −3 (3033-2983) = 197,44 kJ/mol = 3.556,8816 kJ/kg

(22)

B.1 Heater 2 (E-104)

Sebelum memasuki unit vaporizer (VE-101), komponen dengan suhu awal 30oC terlebih dahulu dipanaskan di heater 2 (E-101) hingga suhu 60oC dengan memanfaatkan panas gliserol dari alur-11.

Panas masuk (Qi),

Qi = N7gli

∫

⋅ 303 298 dT Cpgli + N 7 air

∫

⋅ 303 298 dT Cpair + N 7 met

∫

⋅ 303 298 dT Cpmet N7gli

∫

⋅ 303 298 dT Cp_gli = 37.795,548 mol (6,011 kJ/mol) = 227.189,039 kJ N7air

∫

⋅ 303 298 dT Cpair = 5.831,785 mol (0,1166 kJ/mol) = 679,986131 kJ N7met

∫

⋅ 303 298 dT Cp_met = 7.548,038 mol (1,0678 kJ/mol) = 8.066,588211 kJ

(23)

Qi = (227.189,039 + 679,986131 + 8.066,588211) kJ = 235.935,61 kJ

Panas Keluar (Qo),

Qi = N8gli

∫

⋅ 333 298 dT Cp_gli + N8air

∫

⋅ 333 298 dT Cp_air + N8met

∫

⋅ 333 298 dT Cp_met N8gli

∫

⋅ 333 298 dT Cp_gli = 37.795,548 mol (7,4809 kJ/mol) = 282.744,715 kJ N8air

∫

⋅ 333 298 dT Cp_air = 5.831,785 mol (0,6759 kJ/mol) = 3.941,703482 kJ N8met

∫

⋅ 333 298 dT Cpmet = 7.548,038 mol (7,4809 kJ/mol) = 56.466,11747 kJ Qo = (282.744,715 + 3.941,703482 + 56.466,11747) kJ = 343.152,536 kJ dQ/dt = Qo – Qi = (343.152,536 - 235.935,61) kJ = 107.216,926 kJ

(24)

Estimasi nilai Hvl gliserol pada suhu 105oC ini menggunakan metode Klein sebagai berikut, Hvl = R . Kkl . Tb

( )

      −       − Tc Tb Tc Tb Pc Pc 1 1 1 ) (ln ₃ ... (Lyman, dkk. 1981) R = 1,987 Kkl = 1,04 Pc = 14,73488 atm (Lyman, dkk. 1981) Hvl = 2.489,8913 kJ/kg

Panas gliserol yang dibutuhkan (m), m = Q / Hvl = 107.216,926 kJ / (2.489,8913 kJ/kg) = 43,06088623 kg B.2 Vaporizer (VE-101) VE-101 T C 8 9 11 Gliserol Air Metanol Air Metanol Gliserol Steam 260oC, 1 atm Kondensat 260oC, 1 atm 60oC, 1 atm 105oC, 1 atm 105oC, 1 atm

Panas masuk (Qi),

Qi = N8gli

∫

⋅ 333 298 dT Cpgli + N 8 air

∫

⋅ 333 298 dT Cpair + N 8 met

∫

⋅ 333 298 dT Cpmet Qi = (282.744,715 + 3.941,703482 + 56.466,11747) kJ = 343.152,536 kJ

(25)

Qo = N11gli

∫

⋅ 378 298 dT Cp_gli + N9air

∫

⋅ 378 298 dT Cpair + ∆Hvlair + N 9 met

∫

⋅ 378 298 dT Cpmet + ∆Hvlmet

Qo = 37.795,548 mol (96,0907 kJ/mol) + 5.831,785 mol (42,3893 kJ/mol) + 7.548,038 mol (-31,8389 kJ/mol) = (3.631.800,664 + 247.205,2839 – 240.321,2271) = 3.638.684,721 kJ dQ/dt = Qo – Qi = (3.638.684,721 - 343.152,536) kJ = 3.295.532,185 kJ

Steam yang dibutuhkan (m),

m = Q / Hvl

= 3.295.532,185 kJ / (1.661,6538 kJ/kg) = 1.983,284475 kg

B.3 Kondensor Sub-Cooler 2 (E-103)

9 10

Air Pendingin 10o

C, 1 atm

Air Pendingin Bekas 30o C, 1 atm Metanol Air 105o C, 1 atm Metanol Air 30o C, 1 atm E-103

Panas masuk (Qi),

Qi = N9air [

∫

⋅ 373 298 dT Cpair +∆Hvlair +

∫

⋅ 378 373 dT Cpair ] + N 9 met [

∫

⋅ 7 , 337 298 dT Cpmet + ∆H_vlmet +

∫

⋅ 378 7 , 337 dT Cp_met ]

Qi = 5.831,785 mol [(1,4728 + 40,66 + 0,2565) kJ/mol] + 7.548,038 mol [(8,4121 + 35,27 + 75,521) kJ/mol]

(26)

= 1.146.954,812 kJ

Panas keluar (Qo),

Qo = N12air

∫

⋅ 303 298 dT Cpair + N 12 met

∫

⋅ 303 298 dT Cpmet

Qo = 5.831,785 mol (0,1166 kJ/mol) + 7.548,038 mol (1,0687 kJ/mol) = (679,986131 + 8.066,588211) kJ

= 8.746,574342 kJ

dQ/dt = Qo – Qi

= (8.746,574342 - 1.146.954,812) kJ = -1.138.208,238 kJ

= 1.138.208,238 kJ (air pendingin sebagai sistem penerima panas)

Air pendingin yang dibutuhkan (m), m = Q / (H(30oC) – H(10oC))

= 1.138.208,238 kJ / [(3.556,8816 – (-11.514,899)]kJ/kg = 75.51916182 kg

B.4 Cooler 1 (E-105)

Panas masuk (Qi),

Qi = N11gli

∫

⋅ 378

298

dT Cpgli

(27)

= 37.795,548 mol (96,00907 kJ/mol) = 3.628.715,414 kJ

Panas keluar (Qo),

Qi = N13gli

∫

⋅ 303 298 dT Cp_gli = 37.795,548 mol (6,011 kJ/mol) = 227.189,039 kJ dQ/dt = -(Qo – Qi) = -(227.189,039 - 3.628.715,414) kJ = -(-3.401.526,375 kJ)

Air pendingin yang dibutuhkan (m), m = Q / (H(30oC) – H(10oC))

= 3.401.526,375 kJ / [(3.556,8816 – (-11.514,899)]kJ/kg = 225,6884216 kg

B.5 Heater 3 (E-206)

Panas masuk (Qi),

Qo = N22gli

∫

⋅ 303 298 dT Cpgli + N 22 KOH

∫

⋅ 303 298 dT CpKOH

(28)

Qi = 37.795,548 mol (6,01101 kJ/mol) + 101,475 mol (0,03166 kJ/mol) = (227.189,417 + 3,2126985) kJ

= 227.192,6297 kJ

Panas keluar (Qo),

Qo = N23gli

∫

⋅ 453 298 dT Cpgli + N 23 KOH

∫

⋅ 453 298 dT CpKOH

Qo = 37.795,548 mol (185,54 kJ/mol) + 101,475 mol (0,88665 kJ/mol) = (7.012.585,976 + 89,97280875) kJ

= 7.012.675,949 kJ

dQ/dt = Qo – Qi

= (7.012.675,949 - 227.192,6297) kJ = 6.785.483,319 kJ

m = Q / Hvl

= 6.785.483,319 kJ / (1.661,6538 kJ/kg) = 4083,572233 kg

B.6 Heater 4 (E-208)

Panas masuk (Qi),

Qi = N24as.oleat

∫

⋅ 303 298 . dT Cp_as_oleat Qi = 12.598,51593 mol (1,300 kJ/mol) = 16.378,07071 kJ

(29)

Panas keluar (Qo), Qi = N25as.oleat

∫

⋅ 453 298 . dT Cpasoleat Qo = 12.598,51593 mol (51,300 kJ/mol) = 646.303,8672 kJ dQ/dt = Qo – Qi = (646.303,8672 - 16.378,07071) kJ = 629.925,7965 kJ

m = Q / Hvl = 629.925,7965 kJ / (1.661,6538 kJ/kg) = 379,0956916 kg B.7 Reaktor (R-201) 30oC, 1 atm L C P I R-201 25 23 Asam Oleat Gliserol KOH Air KOH Gliserol Monooleat Gliserol Dioleat Gliserol Trioleat 26

Air Pendingin Bekas 180oC, 1 atm Air Pendingin

10oC, 1 atm

180oC, 1 atm

Pada reaktor (R-201) ini, air pendingin berfungsi untuk menurunkan suhu dalam reaktor yang akan terakumulasi naik akibat reaksi eksotermis yang terjadi di dalam reaktor, namun air pendingin tidak menurunkan suhu produk yang keluar dari reaktor (R-201) ini.

(30)

Produk yang keluar dari reaktor (R-201) ini memiliki suhu 180oC (453oK) yang selanjutnya didinginkan hingga temperatur 30oC (303oK) di cooler 2 (E-207) setelah sebelumnya melewati heater 1 (E-102) untuk memanfaatkan panasnya dalam proses pemekatan larutan KOH di evaporator (FE-101).

Panas masuk (Qi),

Qo = N23gli

∫

⋅ 453 298 dT Cpgli + N 23 KOH

∫

⋅ 453 298 dT CpKOH + N 25 as.oleat

∫

⋅ 453 298 . dT Cpasoleat

Qi = [37.795,548 mol (398,7148-213,1748) kJ/mol] + [101,475 mol

(0,91287-0,02622) kJ/mol] +[12.598,51593 mol (657,729-606,429) kJ/mol] = (7.012.585,976 + 89,97280875 + 646.303,8672) kJ = 7.658.979,816 kJ Qo = N26KOH

∫

⋅ 453 298 dT Cp_KOH + N26air

∫

⋅ 453 298 dT Cpair + ∆Hvl + N26GMO

∫

⋅ 453 298 dT CpGMO + N26GDO

∫

⋅ 453 298 dT Cp_GDO + N26GTO

∫

⋅ 453 298 dT Cp_GTO

Qo = [101,475 mol (0,91287-0,02622) kJ/mol] + [197.953,094 mol

((80,4268 - 74,8494) + 40,66) kJ/mol] + [8.361,352 mol (1.004,629 – 732,869) kJ/mol] + [616,664 mol (1.311,207-1.073,447) kJ/mol] + [123,228 mol (1.971,785-1.414,025) kJ/mol]

= 89,97280875 + 9.152.836,389 + 2.272.281,02 + 146.618,0326 + 68.731,64928) kJ

= 11.640557,06 kJ

(31)

= [-1.002,73 + (-1.285,58) + (-1.568,43) + (-240,833) – (584,923) – (-1.342,520)] kJ/mol = -3.339,976 kJ/mol ΔHr(453) = ΔHr(298) -

∫

⋅ 453 298 dT Cp_gliserol -

∫

⋅ 453 298 . dT Cpasoleat +

∫

⋅ 453 298 dT Cp_GMO +

∫

⋅ 453 298 dT CpGDO +

∫

⋅ 453 298 dT Cp_GTO + (

∫

⋅ 373 298 dT Cp_air +

∫

⋅ 453 298 dT Cp_air + ∆H_vlair) ΔHr(453) = (-3.339,976 –(398,7148-213,1748)-(657,729-606,429)+(1.004,629- 732,869)+(1.311,207-1.073,447)+(1.671,785 – 1.414,025) + [(76,3222-74,8494) + (80,4268-76,3222) + 40,66]} kJ/mol = (-3.339,976 – 185,540 – 51,3 + 271,76 + 237,76 + 257,76 + 46,2374) kJ/mol = -2.763,2986 kJ/mol (eksotermis)

r (mol/menit) = 0,0612 [Gliserol] [Asam Oleat] (Pardi. 2005) r (mol/jam) = 3,672 [Gliserol] [Asam Oleat]

r = 1.748,488211 mol dQ/dt = r . ΔHr(453) + Qo – Qi = [1.748,488211 mol (-2.763,2986 kJ/mol)] + (11.640557,06 – 7.658.979,816) kJ = (-4.831.595,027 + 3.981.577,247) kJ = -850.017,7797 kJ (melepaskan panas)

(32)

Oleh karena itu dibutuhkan air pendingin (m) sebagai sistem penerima panas yang dilepaskan oleh reaksi di dalam reaktor (R-201).

Qair pendingin = - (dQ/dt) = - (-850.017,7797 kJ) = 850.017,7797 kJ m = 850.017,7797 kJ / (H(30 C) – H(10 C)) = 850.017,7797 kJ / [(3.556,8816 – (-11.514,899)]kJ/kg = 56,398 kg B.8 Cooler 2 (E-207)

Panas masuk (Qi),

Qi = N27KOH

∫

⋅ 453 298 dT Cp_KOH + N27air

∫

⋅ 453 298 dT Cpair + ∆Hvl + N27GMO

∫

⋅ 453 298 dT CpGMO + N27GDO

∫

⋅ 453 298 dT Cp_GDO + N27GTO

∫

⋅ 453 298 dT Cp_GTO

Qi = 101,475 mol (0,88665 kJ/mol) + 197.953,094 mol (5,5774 + 40,66) kJ/mol + 8.361,352 mol (271,76 kJ/mol) + 616,664 mol (237,760 kJ/mol) + 123,228 mol (257,76 kJ/mol)

(33)

31.763,24928) kJ = 11.603.588,66 kJ

Panas keluar (Qo),

Qo = N28KOH

∫

⋅ 303 298 dT Cp_KOH + N28air

∫

⋅ 303 298 dT Cpair + N28GMO

∫

⋅ 303 298 dT Cp_GMO + N28GDO

∫

⋅ 303 298 dT CpGDO + N 28 GTO

∫

⋅ 303 298 dT CpGTO

Qo = 101,475 mol (0,03166 kJ/mol) + 197.953,094 mol (0,116 kJ/mol) + 8.361,352 mol (1,291 kJ/mol) + 616,664 mol (1,300 kJ/mol) + 123,228 mol (1,300 kJ/mol) = (3,2126985 + 22.962,5589 + 10.794,50543 + 801,6632 + 160,1964) kJ = 34.722,13663 kJ dQ/dt = Qo – Qi = (34.722,13663 - 11.603.588,66) kJ = -11.568.866,53 kJ

Air pendingin yang dibutuhkan (m),

m = 11.568.866,53 kJ / (H(30 C) – H(10 C))

= 11.568.866,53 kJ / [(3.556,8816 – (-11.514,899)]kJ/kg = 767,5845896 kg

(34)

B.9 Heater 1 (E-102)

Panas masuk (Qi),

Qo = N14gli

∫

⋅ 303 298 dT Cp_gli + N14KOH

∫

⋅ 303 298 dT CpKOH + N14air

∫

⋅ 303 298 dT Cpair + N14GDO

∫

⋅ 303 298 dT Cp_GDO + N14GTO

∫

⋅ 303 298 dT Cp_GTO

Qi = 3,780 mol (6,0074 kJ/mol) + 4.107,510 mol (0,03166 kJ/mol) + 198.982,233 mol (0,1166 kJ/mol) + 1,233 mol (1,300 kJ/mol) + 0,246 mol (1,300 kJ/mol)

= (22,707972 + 130,0437666 + 23.201,32837 + 1,6029 + 0,3198) kJ = 23.356,00281 kJ

Panas keluar (Qo),

Qo = N15gli

∫

⋅ 368 298 dT Cp_gli + N15KOH

∫

⋅ 368 298 dT Cp_KOH

(35)

+ N15air

∫

⋅ 368 298 dT Cp_air + N15GDO

∫

⋅ 368 298 dT CpGDO + N 15 GTO

∫

⋅ 368 298 dT CpGTO

Qo = 3,780 mol (83,7535 kJ/mol) + 4.107,510 mol (0,40216 kJ/mol) + 198.982,233 mol (1,354 kJ/mol) + 1,233 mol (110,481 kJ/mol) + 0,246 mol (119,767 kJ/mol) = 316,58823 + 1.651,876222 + 269.421,9435 + 136,223073 + 29,462682) kJ = 271.556,0937 kJ dQ/dt = Qo – Qi = (271.556,0937 - 23.356,00281) kJ = 248.200,0909 kJ Kondensat 260oC, 1 atm m = Q / Hvl = 248.200,0909 kJ / (1.970,54306 kJ/kg) = 125,9551724 kg B.10 Evaporator (FE-101) FE-101 TC 15 Gliserol KOH Air GDO GTO 95oC, 1 atm Steam 260oC, 1 atm 16 Air 100oC, 1 atm Kondensat 260oC, 1 atm 18 Gliserol KOH Air GDO GTO 100oC, 1 atm

Panas masuk (Qi),

Qi = Qo15heater 1 (E-102)

(36)

Panas keluar (Qo), Qo = Nout

∫

⋅ 373 298 dT Cpv + N out

∫

⋅ 373 298 dT Cpl Nout

∫

⋅ 373 298 dT Cp_v = N16_air _      ∆ +

∫

373 298 ) 373 ( .dT H K Cp_l _vl_air = 192.614,801 mol (42,1328 kJ/mol) = 8.115.400,888 kJ Nout

∫

⋅ 373 298 dT Cp_l = N18gli

∫

⋅ 373 298 dT Cp_gli + N18KOH

∫

⋅ 373 298 dT Cp_KOH + N18GDO

∫

⋅ 373 298 dT Cp_GDO + N18GTO

∫

⋅ 373 298 dT CpGTO + N 18 air

∫

⋅ 373 298 dT Cpair

= 3,780 mol (90,1652 kJ/mol) + 4.107,510 mol (0,43066 kJ/mol) + 1,233 mol (118,88 kJ/mol) + 0,246 mol (128,88 kJ/mol) +

6.367,431 mol (1,4728 kJ/mol) = (340,824456 + 1.768,940257 + 146,57904 + 31,70448 + 9.377,95238) kJ = 11.666,00061 kJ Qo = 8.115.400,888 kJ + 11.666,00061 kJ = 8.127.066,88861 kJ dQ/dt = Qo – Qi = (8.127.066,88861 - 271.556,0937) kJ = 7.855.510,795 kJ

m = Q / Hvl

= 7.855.510,795 kJ / (1.661,6538 kJ/kg) = 4.727,52555 kg

(37)

B.11 Kondensor Sub-Cooler 1 (E-101)

Panas masuk (Qi),

Qi = N16air

∫

⋅ 373 298 dT Cp_air + ∆H_vlair Qi = 192.614,801 mol (42,1328 kJ/mol) = 8.115.400,888 kJ

Panas keluar (Qo),

Qo = N17air

∫

⋅ 303 298 dT Cpair Qo = 192.614,801 mol (0,1166 kJ/mol) = 22.458,8858 kJ dQ/dt = Qo – Qi = (22.458,8858 - 8.115.400,888) kJ = -8.092.942,002 kJ

m = 8.092.942,002 kJ / (H(30 C) – H(10 C))

= 8.092.942,002 kJ / [(3.556,8816 – (-11.514,899)]kJ/kg = 536,9599131 kg

(38)

B.12 Cooler 3 (E-109)

Panas masuk (Qi),

Qi = Qo18evaporator(FE-101)

= 8.385.966,633 kJ

Panas keluar (Qo),

Qo = N18gli

∫

⋅ 303 298 dT Cp_gli + N18oKOH

∫

⋅ 303 298 dT CpKOH + N18oair

∫

⋅ 303 298 dT Cp_air + N18oGDO

∫

⋅ 303 298 dT

Cp_GDO + N18oGTO

∫

⋅

303

298

dT Cp_GTO

Qo = 3,780 mol (6,011 kJ/mol) + 4.107,510 mol (0,03166 kJ/mol) + 192.614,801 mol (0,1166 kJ/mol) + 1,233 mol (1,300 kJ/mol) + 0,246 mol (1,300 kJ/mol) = (22,72158 + 130,0437666 + 22.458,8858 + 1,6029 + 0,3198) kJ = 22.613,57384 kJ dQ/dt = Qo – Qi = (22.613,57384 - 8.385.966,633) kJ = -8.363.353,059 kJ

(39)

m = 8.363.353,059 kJ / (H(30 C) – H(10 C))

= 8.363.353,059 kJ / [(3.556,8816 – (-11.514,899)]kJ/kg = 554,90146 kg

(40)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

1. Tangki Gliserol (TT-101)

Fungsi : menyimpan gliserol kasar untuk kebutuhan 10 hari Bentuk : silinder tegak, tutup dan alas datar

Bahan : carbon steel, SA-285 Gr. C Jumlah : 4 unit

Kondisi operasi : Temperatur (T) : 30oC (303 K) Tekanan (P) : 1 atm

Laju alir massa (F) = 4.623,56818 kg/jam

Densitas gliserol = 1.260 kg/m3 (Perry dan Green, 1999) Waktu tinggal (t) = 10 hari

Faktor kelonggaran (fk) = 20% Volume larutan (VL), Perhitungan tangki, VL =       ρ m = ₃ / 260 . 1 24 10 56818 , 623 . 4 m kg hari jam hari jam kg       _⋅       = 880,6796533 m3 Volume tangki (VT), VT = (1 + 20 %) (880,6796533 m3) = 1056,815584 m3

Direncanakan dibangun 4 unit untuk kebutuhan 10 hari,

V1 tangki = 4 m 4 1056,81558 3 = 264,203896 m3 Diameter tangki (Dt),

Tinggi silinder : diameter = Hs : Dt = 3 : 2 Hs = 2 3 Dt Vt =       H D_t2 4 1_π =       t t D D 2 3 4 1π 2 = 3 8 3 t D π

(41)

D3t = π 3 8V_t → D = 3 3 ) 264,203896 ( 8 π = 6,0766 m = 239,23507 in r = D_t 2 1 = 2 1 (6,0766 m) = 3,0383 m = 119,6175 in Tinggi silinder (Hs), Hs = 2 3 Dt = 2 3 (6,0766 m) = 9,1149 m = 358,8526 in Tinggi total (Ht), Ht = Hs = 9,1149 m

Tekanan desain (Pdesign),

Tinggi cairan (Hc), Hc = (1-0,2) Hs = 0,8 (9,1149 m) = 7,2919 m Po = 14,696 psia = 1 atm Phidrostatik = ρ g Hc =             2 3 9,8 260 . 1 s m m kg (7,2919 m) = 90.040,37618 Pa = 13,3019 psia Poperasi = Po + Phidrostatik = (14,696 + 13,3019) Psia = 28,2709 psia Pdesign = (1 + fk) Poperasi = (1 + 0,2) (28,2709 Psia) = 33,9251 psia = 2,2664 atm

Tebal dinding (d) tangki (bagian silinder),

• Efisiensi sambungan (E) = 0,85 (Timmerhaus, dkk. 2004) • Allowable working stress (S) = 12.560 lb/in2 (Brownell dan Young. 1959) • Faktor korosi (C) = 0,125 in/tahun (Brownell dan Young. 1959) • Umur alat direncanakan (A) = 10 tahun

(42)

d = P SE PR 6 , 0 − + (CA) --- (Timmerhaus, dkk. 2004) d =

(

)(

)

(

0,85

) ( )(

0,6 33,9251

)

0,125 (10 ) 560 . 12 in 119,6175 psia 33,9251 2 tahun tahun in psia in lb      + −             d = 1,6308 in

Dari tabel 5.4 (Brownell dan Young. 1959), maka dipilih tebal tangki standar adalah 1 ¾ in atau 1,75 in.

2. Tangki Gliserol Murni (TT-206)

Fungsi : menyimpan gliserol murni untuk kebutuhan 10 hari Bentuk : silinder tegak, tutup dan alas datar

Kondisi operasi : Temperatur (T) : 30oC (303 K) Tekanan (P) : 1 atm Laju alir massa (F) = 3.480,736374 kg/jam

Densitas gliserol = 1.260 kg/m3 (Perry dan Green, 1999) Waktu tinggal (t) = 10 hari

Faktor kelonggaran (fk) = 20% Volume larutan (VL), Perhitungan tangki, VL =       ρ m = ₃ / 260 . 1 24 10 74 3.480,7363 m kg hari jam hari jam kg       _⋅       = 662,99740 m3 Volume tangki (VT), VT = (1 + 20 %) (662,99740 m3) = 795,596885 m3

V1 tangki = 4 m 795,596885 3 = 198,8992 m3 Diameter tangki (Dt),

(43)

Hs = 2 3 Dt Vt =       H D_t2 4 1 π =       t t D D 2 3 4 1π 2 = 3 8 3 t D π D3t = π 3 8Vt → D = ₃ 3 ) 198,8992 ( 8 π = 5,5279 m = 217,633423 in r = D_t 2 1 = 2 1 (5,5279 m) = 2,76395 m = 108,816712 in Tinggi silinder (Hs), Hs = 2 3 Dt = 2 3 (5,5279 m) = 8,29185 m = 326,450135 in Tinggi total (Ht), Ht = Hs = 8,29185 m Tekanan desain (Pdesign),

Tinggi cairan (Hc), Hc = (1-0,2) Hs = 0,8 (8,29185 m) = 6,63348 m Po = 14,696 psia = 1 atm Phidrostatik = ρ g Hc =             2 3 9,8 260 . 1 s m m kg (6,63348 m) = 81.910,21104 Pa = 11,8801131 psia Poperasi = Po + Phidrostatik = (14,696 + 11,8801131) psia = 26,5761131 psia Pdesign = (1 + fk) Poperasi = (1 + 0,2) (26,5761131 psia) = 31,89134 psia = 2,170 atm

(44)

• Allowable working stress (S) = 12.560 lb/in2 (Brownell dan Young. 1959) • Faktor korosi (C) = 0,125 in/tahun (Brownell dan Young. 1959) • Umur alat direncanakan (A) = 10 tahun

(

)(

)

(

0,85

) ( )(

0,6 31,89134

)

0,125 (10 ) 560 . 12 in 108,816712 psia 31,89134 2 tahun tahun in psia in lb      + −             d = 1.58 in

3. Tangki Asam Oleat (TT-207)

Fungsi : menyimpan asam oleat untuk kebutuhan 10 hari Bentuk : silinder tegak, tutup dan alas datar

Densitas = 895 kg/m3 (Anonimc, 2009)

Waktu tinggal (t) = 10 hari Faktor kelonggaran (fk) = 20% Volume larutan (VL), Perhitungan tangki, VL =       ρ m = ₃ / 895 24 10 47 3.558,5944 m kg hari jam hari jam kg       _⋅       = 954,25996 m3 Volume tangki (VT), VT = (1 + 20 %) (954,25996 m3) = 1.145,11956 m3

(45)

Direncanakan dibangun 5 unit untuk kebutuhan 10 hari, V1 tangki = 4 m 6 1.145,1195 3 = 286,27799 m3 Diameter tangki (Dt),

Tinggi silinder : diameter = Hs : Dt = 3 : 2 Hs = 2 3 Dt Vt =       H D_t2 4 1 π =       t t D D 2 3 4 1π 2 = 3 8 3 t D π D3t = π 3 8Vt → D = ₃ 3 ) 286,27799 ( 8 π = 6,2413 m = 245,719981 in r = D_t 2 1 = 2 1 (6,2413 m) = 3,12065 m = 122,85999 in Tinggi silinder (Hs), Hs = 2 3 Dt = 2 3 (6,2413 m) = 9,36195 m = 368,579972 in Tinggi total (Ht), Ht = Hs = 9,36195 m Tekanan desain (Pdesign),

Tinggi cairan (Hc), Hc = (1-0,2) Hs = 0,8 (9,36195 m) = 7.48956 m Po = 14,696 psia = 1 atm Phidrostatik = ρ g Hc =             2 3 9,8 895 s m m kg (7.48956 m) = 65.690,93076 Pa = 9,5277 psia Poperasi = Po + Phidrostatik = (14,696 + 13,4133) psia = 24,2237 psia

(46)

Pdesign = (1 + fk) Poperasi

= (1 + 0,2) (24,2237 psia) = 29,0684 psia

= 1,978 atm

(

)(

)

(

0,85

) ( )(

0,6 29,0684

)

0,125 (10 ) 560 . 12 in 122,85999 psia 29,0684 2 tahun tahun in psia in lb      + −             d = 1.59 in

4. Tangki Katalis KOH (TT-208)

Fungsi : menyimpan katalis KOH untuk kebutuhan 10 hari Bentuk : silinder tegak, tutup dan alas datar

Laju alir massa (F) = 5,693751 kg/jam

Densitas = 2.044 kg/m3 (Anonimd, 2009)

Waktu tinggal (t) = 10 hari Faktor kelonggaran (fk) = 20%

(47)

Volume larutan (VL), Perhitungan tangki, VL =       ρ m = ₃ / 2.044 24 10 5,693751 m kg hari jam hari jam kg       _⋅       = 0,66854 m3 Volume tangki (VT), VT = (1 + 20 %) (0,66854 m3) = 0,802251 m3

Tinggi silinder : diameter = Hs : Dt = 3 : 2 Hs = 2 3 Dt Vt =       H Dt 2 4 1_π =       t t D D 2 3 4 1π 2 = 3 8 3 t D π D3t = π 3 8V_t → D = 3 3 0,802251) ( 8 π = 0,8799 m = 34,64166 in r = D_t 2 1 = 2 1 (0,8799 m) = 0,43995 m = 17,320832 in Tinggi silinder (Hs), Hs = 2 3 Dt = 2 3 (0,8799 m) = 1,3199 m = 51,962495 in Tinggi total (Ht), Ht = Hs = 1,3199 m Tinggi cairan (Hc),

Hc = (1-0,2) Hs

= 0,8 (1,3199 m) = 1,0559 m

(48)

Phidrostatik = ρ g Hc =             2 3 9,8 044 . 2 s m m kg (1,0559 m) = 21.150,54346 Pa = 3,068 psia Poperasi = Po + Phidrostatik = (14,696 + 3,068) psia = 17,764 psia Pdesign = (1 + fk) Poperasi = (1 + 0,2) (17,764 psia) = 21,316 psia = 1,450 atm

(

)(

)

(

0,85

) ( )(

0,6 21,316

)

Dari tabel 5.4 (Brownell dan Young. 1959), maka dipilih tebal tangki standar adalah 1 ½ in atau 1,5 in.

5. Reaktor (R-201)

Fungsi : tempat terjadinya reaksi antara asam oleat dan gliserol dengan katalis KOH

Jenis : tangki berpengaduk flat six blade open turbine dengan tutup dan alas ellipsoidal

(49)

Bahan konstruksi : Carbon steel, SA-203, Gr. A

Waktu tinggal (τ) = 77,5 menit = 1,29167 jam (Pardi. 2005) Fmasuk asam oleat = 3.558,594447 kg/jam

= 4.596,529689 kg/1,29167 jam

Densitas asam oleat = 895 kg/m3 (Anonimc, 2009) Fmasuk gliserol = 3.480,736374 kg/jam

= 4.495,962752 kg/1,29167 jam Densitas gliserol = 1.261 kg/m3 (Anonimb, 2009)

Fmasuk umpan total = Fmasuk asam oleat + Fmasuk gliserol + Fmasuk KOH = (3.558,594447 + 3.480,736374 + 5,693751) kg/jam = 7.045,024572 kg/jam

= 9.099,846889 kg/1,29167 jam

Estimasi nilai densitas umpan total masuk sebagai berikut (Halaman 2-357, Perry dan Green. 1999),

Vmasuktotal =       ₊ ₊ 895 89 4.596,5296 2044 7,354447 1,261 52 4.495,9627 m3 / 1,29167 jam = 8,704780 m3 / 1,29167 jam masuk ρ campuran = jam 1,29167 / m 8,704780 jam kg/1,29167 89 9.099,8468 3 = 1.045,385033 kg/m 3

Volume tangki yang ditempati bahan = Ukuran tangki,

( )

τ ×(Vo) = 1,29167 jam x 8,704780 m3 / 1,29167 jam = 8,704780 m3 Faktor kelonggaran = 20 % Volume tangki = (1 + 20%) .

( )

τ .(Vo) = (1,2) (1,29167 jam) (8,704780 m3 / 1,29167 jam) = 10,4457 m3

(50)

Perbandingan tinggi dengan diameter tangki (Hs : D) = 3 : 2 Volume silinder (Vs) = 2 4 1 D π

( )

Hs =       D D 2 3 4 1π 2 = 3 8 3 D π

Tutup dan alas tangki berbentuk ellipsoidal dengan rasio axis major terhadap

minor adalah 2 : 1, sehingga,

Tinggi head (Hh) =

6 1

D ... (Halaman 80, Brownell dan Young. 1959)

V2 tutup ellipsoidal (Vh) =

( )

( )( )

( )

3 2 2 12 2 6 1 4 2 4 D Hh D D D π π π =       =       Vt = Vs + Vh =       +       3 3 12 8 3 D D π π = 0,45833 π D3 Diameter tangki (D) = 3 45833 , 0 π t V = 3 45833 , 0 4457 , 10 π = 1,9368 m = 76,2513 in Tinggi silinder (Hs), Hs = 2 3 D = 2 3 (1,9368 m) = 2,9052 m = 114,37692 in

Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) =

6 1 D = 6 1 (1,9368 m) = 0,32280 m = 12,7085 in Tinggi tangki (HT) = Hs + (Hh .2) = 2,9052 m + [(0,32280 m).(2)] = 3,55080 m = 139,79482 in Volume tangki = 10,4457 m3 Tekanan desain, Volume cairan = 8,704780 m3 Tinggi tangki = 3,55080 m

Tinggi cairan dalam tangki =

(

)

(

)

tangki volume tangki tinggi tangki dalam cairan V =

(

)(

)

10,4457 3,55080 704780 , 8 = 2,95901 m

Tekanan hidrostatis = (ρ umpan) (g) (tinggi cairan dalam tangki) = (1.045,385033 kg/m3) (9,8 m/s2) (2,95901 m) = 30.314,3500 Pa = 4,397 psia

(51)

Poperasi = Po + Phidrostatik

= (14,696 + 4,3967401) psia = 19,0927401 psia

Faktor keamanan untuk tekanan = 20% Pdesign = (1 + fk) Poperasi

= (1 + 0,2) (19,0927401 psia) = 22,9112881 psia

= 1,5590 atm

• Efisiensi sambungan (E) = 0,85 (Timmerhaus, dkk. 2004) Tebal dinding (d) tangki (bagian silinder),

Tebal silinder (d) = P SE PR 6 , 0

− + (CA) ... (hal.537, Timmerhaus, dkk. 2004) Dengan :

d = tebal dinding tangki bagian silinder (in) P = tekanan desain (psia)

R = jari-jari dalam tangki (in) S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan d =

(

)( )(

)

(

0,85

) ( )(

0,6 22,9112881

)

0,042 (10 ) 750 . 18 in 76,2513 5 , 0 psia 22,9112881 2 tahun tahun in psia in lb      + −             = 0,474856 in

Maka dipilih tebal tangki standar adalah 3/4 in atau 0,75 in.

• Efisiensi sambungan (E) = 0,85 (Timmerhaus, dkk. 2004) Tebal dinding head (tutup tangki),

(52)

Tebal head (dh) = P SE Di P 2 , 0 2 .

− + (CA) ... (hal.537, Timmerhaus, dkk. 2004) Dengan,

dh = tebal dinding head (in) P = tekanan desain (psi) Di = diameter dalam tangki (in) S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan dh =

(

)(

)

( )

2 18.750

(

0,85

) ( )(

0,2 22,9112881

)

0,042 (10 ) in 76,2513 psia 22,9112881 2 tahun tahun in psia in lb      + −             = 0,474816 in

Maka dipilih tebal tangki standar adalah 3/4 in atau 0,75 in.

Jumlah air pendingin (10oC) = 56,398 kg/jam Menghitung Jaket Pendingin,

Densitas air pendingin = 1.120 kg/m3 (Kern. 1950) Laju alir air pendingin (Qw) =

kg/m 1.120 kg/jam 56,398 3 = 0,050355 m 3 /jam

Diameter dalam jaket = diameter dalam + (2 x tebal dinding) = 76,2513 in + [2 (0,474816 in)] = 77,200932 in

= 1,96091 m Tinggi jaket = tinggi reaktor = 3,55080 m Asumsi tebal jaket = ¼ in

Diameter luar jaket (D) = 77,200932 in + (2 x 1/4) in = 77,700932 in = 1,97361 m

(53)

A =

Luas yang dilalui air pendingin (A),

4 π (D2-d2) = 4 π (1,973612 - 1,960912) = 0,04997 m2 Kecepatan air pendingin (v),

v = A Qw = ₂ 3 m 0,04997 /jam m 0,050355 = 1,007737 m

Tebal dinding jaket (tj),

Bahan Stainless Steel Plate tipe SA-340 Phidrostatik = ρgh = (1.120 kg/m3) (9,8 m/s2) (3,55080 m) = 38.973,58080 Pa = 5,652660 psia Pdesain = (1,2) [(5,652660 + 14,696)] = 24,41839 psia tj = ) 6 , 0 ( 2 . P SE D P − + nC = 2(12.650 0,8 0,6 24,41839) ) 96091 , 1 ).( 41839 , 24 ( ⋅ − ⋅ + (10 . 0,042) = 0,441 in Dipilih tebal jaket standar ½ in.

Jenis : flat six blade open turbin (turbin datar enam daun) Pengaduk (impeller),

Kecepatan putaran (N) = 600 rpm (Pardi. 2005) = 10 rps

Efisiensi motor = 80%

Pengaduk ini didesain dengan standar sebagai berikut,

Da : Dt = 1 : 3 (Geankoplis. 2003) Da = 3 1 Dt = 3 1 (1,9368 m) = 0,6456 m E : Da = 1 (Geankoplis. 2003) E = Da = 0,6456 m W : Da = 1 : 8 (Geankoplis. 2003) W = 8 Da = 0,0807 m C : Dt = 1 : 3 (Geankoplis. 2003)

(54)

C = 3 Dt = 0,6456 m L : Da = 1 : 4 (Geankoplis. 2003) L = 4 1 Da = 0,1614 m J : Dt = 1/12 (Geankoplis. 2003) J = 12 1 (Dt) = 0,1614 m Dengan, Dt = diameter tangki Da = diameter impeller

E = tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar baffle Fraksi umpan (x), xasam oleat = 024572 , 045 . 7 594447 , 558 . 3 = 0,50512 xgliserol = 1- 0,50512 = 0,49488

Viskositas (μ) umpan pada 180oC (453 K),

Asam oleat = 1,0941 cP = 1,0941 . 10-3 Pa.s (Kern. 1950) Gliserol = 0,4981 cP = 4,9810 . 10-4 Pa.s (Geankoplis. 2003)

Viskositas campuran (µ ) = _m 3 1 3 1      

∑

= n i i i x µ = [(0,50512) (1,0941 . 10-3)1/3 + (0,49488) (4,9810 . 10-4)1/3]3 Pa.s = 7,60499 . 10-4 Pa.s

(55)

Bilangan Reynold (NRe) = Daya pengaduk, µ ρ ⋅ ⋅ N Da2 = _-₄ 2 10 7,60499 ) 5,385033 )(10)(1.04 (0,6456 ⋅ = 5.729.341,034 = 57,30 . 105

Dari Figure 3.4-5 (Geankoplis. 2003) untuk pengaduk jenis flat six blade

open turbine dengan 4 baffle (curve 1) diperoleh nilai Np = 4,8 maka,

Np = ₃ ₅ a D N P ⋅ ⋅ ρ ... (Hal. 159, Geankoplis. 2003) P = Np . ρ . N3 . Da5 = (4,8) (1.045,385033) (10)3 (0,6456)5 = 562.775,424 Js-1 = 754,6941 hp Daya motor (Pm), Pm = 8 . 0 P = 8 . 0 6941 , 754 = 934,3677 hp Dipilih motor pengaduk dengan daya 950 hp

6. Tangki Produk (TT-309)

Fungsi : menyimpan produk untuk kebutuhan 10 hari Bentuk : silinder tegak, tutup dan alas datar

Laju alir massa (F) = 3.472,222221 kg/jam ρGMO = 1.543 kg/m3

ρGDO = 975,93 kg/m3

ρGTO = 687,613 kg/m3

Dari data-data densitas di atas, maka dapat diestimasi nilai densitas (ρ) larutan produk sebagai berikut (Halaman 2-357, Perry dan Green. 1999),

ρrata-rata produk = 1.453,7592 kg/m3

Waktu tinggal (t) = 10 hari Faktor kelonggaran (fk) = 20%

(56)

Perhitungan tangki Volume larutan (VL), , VL =       ρ m = ₃ / 1.453,7592 24 10 21 3.472,2222 m kg hari jam hari jam kg       _⋅       = 573,226524 m3 Volume tangki (VT), VT = (1 + 20 %) (573,226524 m3) = 687,87183 m3

Tinggi silinder : diameter = Hs : Dt = 3 : 2 Hs = 2 3 Dt Vt =       H Dt 2 4 1_π =       t t D D 2 3 4 1π 2 = 3 8 3 t D π D3t = π 3 8V_t → D = 3 3 137,57437) ( 8 π = 4,88869 m = 192,46760 in r = D_t 2 1 = 2 1 (4,88869 m) = 2,44434 m = 96,23380 in Tinggi silinder (Hs), Hs = 2 3 Dt = 2 3 (4,88869 m) = 7,33303 m = 288,70139 in Tinggi total (Ht), Ht = Hs = 7,33303 m Tinggi cairan (Hc),

Hc = (1-0,2) Hs

(57)

= 5,86642 m Po = 14,696 psia = 1 atm Phidrostatik = ρ g Hc =             2 3 9,8 1.453,7592 s m m kg (5,86642 m) = 83.578,00561 Pa = 12,122007 psia Poperasi = Po + Phidrostatik = (14,696 + 12,122007) psia = 26,818007 psia Pdesign = (1 + fk) Poperasi = (1 + 0,2) (26,818007 psia) = 32,18161 psia = 2,18982 atm

(

)(

)

(

0,85

) ( )(

0,6 32,18161

)

7. Tangki Larutan KOH (TT-103)

Fungsi : menyimpan larutan KOH selama 10 hari Bentuk : silinder tegak, tutup dan alas datar Bahan : carbon steel, SA-285 Gr. C

(58)

Jumlah : 3 unit

Waktu tinggal (t) = 10 hari Faktor kelonggaran (fk) = 20% Perhitungan tangki Volume larutan (VL), , VL =       ρ m = ₃ / 2.032 24 10 42 3.816,4690 m kg hari jam hari jam kg       _⋅       = 450,76406 m3 Volume tangki (VT), VT = (1 + 20 %) (450,76406 m3) = 540,9169 m3

Tinggi silinder : diameter = Hs : Dt = 3 : 2 Hs = 2 3 Dt Vt =       H D_t2 4 1_π =       t t D D 2 3 4 1π 2 = 3 8 3 t D π D3t = π 3 8Vt → D = ₃ 3 180,3056) ( 8 π = 5,349947 m = 210,62740 in r = D_t 2 1 = 2 1 (5,349947 m) = 2,67497 m = 105,31370 in Tinggi silinder (Hs), Hs = 2 3 Dt = 2 3 (5,349947 m) = 8,024920 m = 315,94110 in

(59)

Tinggi total (Ht),

Ht = Hs

= 8,024920 m

Tinggi cairan (Hc),

Hc = (1-0,2) Hs = 0,8 (8,024920 m) = 6,419936 m Po = 14,696 psia = 1 atm Phidrostatik = ρ g Hc =             2 3 9,8 2.032 s m m kg (6,419936 m) = 127.844,0375 Pa = 18,54227 psia Poperasi = Po + Phidrostatik = (14,696 + 18,54227) psia = 33,23827 psia Pdesign = (1 + fk) Poperasi = (1 + 0,2) (33,23827 psia) = 39,885930 psia = 2,714067 atm

(

)(

)

(

0,85

) ( )(

0,6 39,885930

)

(60)

8. Tangki KOH Pekat (TT-104)

Fungsi : menyimpan KOH pekat selama 10 hari Bentuk : silinder tegak, tutup dan alas datar Bahan : carbon steel, SA-285 Gr. C Jumlah : 2 unit

Laju alir massa (F) = 346,513394 kg/jam

Waktu tinggal (t) = 10 hari Faktor kelonggaran (fk) = 20% Perhitungan tangki Volume larutan (VL), , VL =       ρ m = ₃ / 2.041 24 10 346,513394 m kg hari jam hari jam kg       _⋅       = 40,7463 m3 Volume tangki (VT), VT = (1 + 20 %) (40,7463 m3) = 48,8956 m3

Tinggi silinder : diameter = Hs : Dt = 3 : 2 Hs = 2 3 Dt Vt =       H D_t2 4 1_π =       t t D D 2 3 4 1π 2 = 3 8 3 t D π

(61)

D3t = π 3 8V_t → D = 3 3 24,4478) ( 8 π = 2,7485 m = 108,20773 in r = D_t 2 1 = 2 1 (2,7485 m) = 1,3742 m = 54,10386 in Tinggi silinder (Hs), Hs = 2 3 Dt = 2 3 (2,7485 m) = 4,1227 m = 162,31159 in Tinggi total (Ht), Ht = Hs = 4,1227 m Tinggi cairan (Hc),

Hc = (1-0,2) Hs = 0,8 (4,1227 m) = 3,29818 m Po = 14,696 psia = 1 atm Phidrostatik = ρ g Hc =             2 3 9,8 2.041 s m m kg (3,29818 m) = 65.969,49999 Pa = 9,56810 psia Poperasi = Po + Phidrostatik = (14,696 + 9,56810) psia = 24,26410 psia Pdesign = (1 + fk) Poperasi = (1 + 0,2) (24,26410 psia) = 29,11692 psia = 1,98128 atm

• Efisiensi sambungan (E) = 0,85 (Timmerhaus, dkk. 2004) • Allowable working stress (S) = 12.560 lb/in2 (Brownell dan Young. 1959) • Faktor korosi (C) = 0,125 in/tahun (Brownell dan Young. 1959)

(62)

• Umur alat direncanakan (A) = 10 tahun d = P SE PR 6 , 0 − + (CA) --- (Timmerhaus, dkk. 2004) d =

(

)(

)

(

0,85

) ( )(

0,6 29,11692

)

9. Tangki Trigliserida (TT-102)

Fungsi : menyimpan trigliserida selama 10 hari Bentuk : silinder tegak, tutup dan alas datar Bahan : carbon steel, SA-285 Gr. C Jumlah : 3 unit

Laju alir massa (F) = 552,251282 kg/jam Densitas = 880 kg/m3

Waktu tinggal (t) = 10 hari Faktor kelonggaran (fk) = 20% Perhitungan tangki Volume larutan (VL), , VL =       ρ m = ₃ / 880 24 10 552,251282 m kg hari jam hari jam kg       _⋅       = 150,613986 m3 Volume tangki (VT), VT = (1 + 20 %) (150,613986 m3) = 180,73678 m3

(63)

Tinggi silinder : diameter = Hs : Dt = 3 : 2 Hs = 2 3 Dt Vt =       H D_t2 4 1_π =       t t D D 2 3 4 1π 2 = 3 8 3 t D π D3t = π 3 8Vt → D = ₃ 3 ) 90,36839 ( 8 π = 4,249637 m = 167,30823 in r = Dt 2 1 = 2 1 (4,249637 m) = 2,124819 m = 83,65411 in Tinggi silinder (Hs), Hs = 2 3 Dt = 2 3 (4,249637 m) = 6,374456 m = 250,962339 in Tinggi total (Ht), Ht = Hs = 6,374456 m Tinggi cairan (Hc),

Hc = (1-0,2) Hs = 0,8 (6,374456 m) = 5,09956 m Po = 14,696 psia = 1 atm Phidrostatik = ρ g Hc =             2 3 9,8 880 s m m kg (5,09956 m) = 43.978,64788 Pa = 6,378586 psia Poperasi = Po + Phidrostatik = (14,696 + 6,378586) psia = 21,074586 psia Pdesign = (1 + fk) Poperasi = (1 + 0,2) (21,074586 psia) = 25,289503 psia = 1,7208 atm

(64)

(

)(

)

(

0,85

) ( )(

0,6 25,289503

)

10. Tangki Larutan CH3OH (TT-105)

Fungsi : menyimpan larutan CH3OH selama 10 hari Bentuk : silinder tegak, tutup dan alas datar

Laju alir massa (F) = 346,913834 kg/jam Densitas = 860,856 kg/m3 Waktu tinggal (t) = 10 hari Faktor kelonggaran (fk) = 20% Perhitungan tangki Volume larutan (VL), , VL =       ρ m = ₃ / 860,856 24 10 346,913834 m kg hari jam hari jam kg       _⋅       = 96,71690 m3

(65)

Volume tangki (VT),

VT = (1 + 20 %) (96,71690 m3) = 116,060275 m3

Tinggi silinder : diameter = Hs : Dt = 3 : 2 Hs = 2 3 Dt Vt =       H D_t2 4 1_π =       t t D D 2 3 4 1π 2 = 3 8 3 t D π D3t = π 3 8Vt → D = ₃ 3 58,03014) ( 8 π = 3,666324 m = 144,343193 in r = Dt 2 1 = 2 1 (3,666324 m) = 1,833162 m = 72,17160 in Tinggi silinder (Hs), Hs = 2 3 Dt = 2 3 (3,666324 m) = 5,499487 m = 216,514790 in Tinggi total (Ht), Ht = Hs = 5,499487 m Tinggi cairan (Hc),

Hc = (1-0,2) Hs = 0,8 (5,499487 m) = 4,39959 m Po = 14,696 psia = 1 atm Phidrostatik = ρ g Hc =             2 3 9,8 860,856 s m m kg (4,39959 m) = 37.116,64621 Pa = 5,383333 psia Poperasi = Po + Phidrostatik

(66)

= (14,696 + 5,383333) psia = 20,079333 psia Pdesign = (1 + fk) Poperasi = (1 + 0,2) (20,079333 psia) = 24,095200 psia = 1,6396 atm