desain alat untuk vacuum ejector pra

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Kapasitas produksi : 71.280 ton/tahun Basis perhitungan : 1 jam operasi Waktu kerja pertahun : 330 hari Satuan operasi : kg/jam

Kapasitas tiap jam =

  

   

    

 

ton 1

kg 1.000 x

jam 24

hari 1 x hari 330

tahun 1 x tahun

ton 280 . 1 7

(2)

Static Mixer I

1 2

Mix Joint I

H2O

5 6

NaCl

H2O Gliserin

7 8

EDTA H2O

14

Plate Exchanger I

Plate Exchanger II Homogenizer I

Plug Flow Reactor Homogenizer II

Vacuum Spray Dryer Cyclone Separator I Cyclone Separator II Steam Ejector 3 4 12 13 11 10 15 17 19 21

Static Mixer II

9

16 18

20 22

H2O

Mix Joint II

23 Asam palmitat Asam stearat Asam oleat Asam linoleat Impuritis Asam laurat Asam miristat Asam palmitat Asam stearat Asam oleat Asam linoleat Impuritis NaOH H2O

Anhydrous soap NaOH

NaCl Gliserin

EDTA H2O Impuritis

(3)

PERHITUNGAN SECARA OVERALL

1. Degree of Freedom (Derajat Kebebasan)

OVERALL

NaOH H2O

H2O

NaCl H2O

Gliserin EDTA H2O Asam palmitat

Asam stearat Asam oleat Asam linoleat

Impuritis

H2O

NaCl Gliserin

EDTA H2O Impuritis

1

2

5 6 7 8 14

22

23

Asam laurat Asam miristat Asam palmitat Asam stearat

Asam oleat Asam linoleat

Impuritis

Jumlah Variabel : 34

Jumlah Neraca : 13

Jumlah Spesifikasi

- Komposisi : 18

Hubungan pembantu : 2

Konversi : 1

Derajat Kebebasan : 0

2. Perhitungan Neraca Overall Diketahui data:

Reaksi:

H2Omasuk total per umpan : 1879,65 kg/jam

Komposisi stearin:

Asam palmitat : 51,6%

Asam stearat : 6,8%

O O

R-COH + NaOH↔ R-CONa + H2O

(4)

Asam oleat : 34,9%

Asam linoleat : 6,1%

Impuritis : 0,6%

Acid Value stearin : 207,2

Komposisi PKO:

Asam laurat : 52,9%

Asam miristat : 15,6%

Asam palmitat : 12,5%

Asam stearat : 3,8%

Asam oleat : 13,3%

Asam linoleat : 1,7%

Impuritis : 0,2%

Acid Value PKO : 250,6

Perbandingan laju stearin terhadap PKO : 80% : 20% Komposisi NaOH:

NaOH : 48%

H2O : 52%

Komposisi NaCl:

NaCl : 20%

H2O : 80%

Komposisi EDTA:

EDTA : 25%

H2O : 75%

Yield:

NaOH : 0,02 %

NaCl : 0,5%

Gliserin : 0,45%

H2O : 12,5%

EDTA : 0,15%

(5)

Perhitungan:

F23 = 9000 kg/jam F1 = F2 = 4F2

Acid valuerata-rata = 80% × 207,2 + 20% × 250,6 = 215,88

W1fatty acid = 100% - 0,6% = 99,4%

W2fatty acid = 100% - 0,2% = 99,8%

Neraca massa komponen: Impuritis:

0,6% F1 + 0,2%F2 = W23impuritis F23

0,006 × 4F2 + 0,002 F2 = W23impuritis F23

0,026 F2 = W23impuritis F23

W23impuritis =

Anhydrous soap:

W23anhydrous soap = 100% - (0,02% + 0,5% + 0,45% +

12,5% + 0,15% + W23impuritis)

W23anhydrous soap = 86,38% - W23impuritis

W23anhydrous soap × F23 =

(86,38% - W23impuritis ) × F23 =

(86,38% - ) × F23 = 4,974

0,8638F23 -0,026 = 4,974

0,8638× 9000 kg/jam - 0,026 = 4,974

7774,2 kg/jam - 0,026 = 4,974 1,084658824 7774,2 kg/jam = 5,395092988 + 0,026

7774,2 kg/jam = 5,421092988

= 1434,065052 kg/jam

(6)

NaOH:

48% F5 = + 0,02% F23

48%F5 = +

0,02% × 9000 kg/jam

48%F5 = 1097,954082 kg/jam + 1,8 kg/jam 48%F5 = 1099,754082 kg/jam

F5 = 2291,15433 kg/jam NaCl:

20% F7 = 0,5% F23 F7 = F23

F7 = 0,025 9000 kg/jam F7 = 225 kg/jam

Gliserin:

F8 = 0,45% F23

F8 = 0,0045 × 9000 kg/jam F8 = 40,5 kg/jam

EDTA:

25% F14 = 0,15% F23 F14 = F23

F14 = 0,006 9000 kg/jam F14 = 54 kg/jam

H2O:

52% F5 + F6 + 80% F7 + 75% F14 = 1879,65 kg/jam 0,52 2291,15433 kg/jam + F6 + 0,8 225 kg/jam + 0,75 54 kg/jam = 1670,8 kg/jam

F6 + 1411,90025 kg/jam = 1879,65 kg/jam

F6 = 467,74974 kg/jam

(7)

1879,65 kg/jam + = F22 + 0,125 9000 kg/jam

2373,72933 kg/jam = F22 + 1125 kg/jam

(8)

1. Mix Joint-2

16 18

20

Mix Joint II

23

NaCl Gliserin

EDTA H2O

Impuritis Anhydrous soap

NaOH NaCl Gliserin

EDTA H2O

Impuritis

NaCl Gliserin

EDTA H2O

Impuritis _{Anhydrous soap}

NaOH NaCl Gliserin

EDTA H2O

Impuritis

Diketahui data:

Yield:

NaOH : 0,02 %

NaCl : 0,5%

Gliserin : 0,45%

H2O : 12,5%

EDTA : 0,15%

Perbandingan berat soap noodle pelet terhadap dust soap noodle = 97% : 3% Perbandingan berat dust soap noodle di cyclone separator I dan II = 2 : 1 Komposisi soap noodle pelet dan dust soap noodle sama

Perhitungan:

F16 = 97% F23

= 0,97 9000 kg/jam = 8730 kg/jam

F18 = 3% F23

(9)

= 0,02 9000 kg/jam = 180 kg/jam

F20 = 180 kg/jam

= 90 kg/jam Fraksi berat komponen:

W23impuritis =

=

= 0,004142855 W23anhydrous soap = 86,38% - W23impuritis

= 0,8638 - 0,004142855 = 0,859657145

2. Steam Ejector(L-301)

Alat ini digunakan untuk menciptakan keadaan vakum dalam vacuum spray dryer. Prinsip kerja alat:

Melalui prinsip Bernoullie yang mengubah energi tekanan fluida penggerak menjadi energi gerak sehingga tercipta zona tekanan rendah yang menarik fluida terhisap (Wikipedia, 2010a).

Steam Ejector 21

22

H2O

Perhitungan: Neraca massa total:

F21 = F22

(10)

3. Cyclone Separator-2(FG-302)

Alat ini digunakan untuk memisahkan debu-debu dari udara yang terhisap ke steam

ejector.

Prinsip kerja alat:

Pemisahan terjadi akibat efek rotasi dan gravitasi. Efek rotasi dihasilkan dari udara berkecepatan tinggi dalam kontainer berbentuk silinder atau kerucut yang mengalir dalam bentuk spiral ke bawah kemudian keluar melalui pusat siklon dan keluar ke atas (Wikipedia, 2010b).

Cyclone Separator II

19 21

20 H2O

NaCl Gliserin

EDTA H2O

Impuritis

NaCl Gliserin

EDTA H2O

Impuritis

Perhitungan: Neraca massa total:

F19 = F20 + F21

= 90 kg/jam + 1248,72933kg/jam = 1338,72933kg/jam

F19impuritis = W20impuritis F20

= 0,004142855 90 kg/jam = 0,372857 kg/jam

Anhydrous soap:

F19unhydrous soap = W20 unhydrous soapF20

(11)

= 77,369143 kg/jam NaOH:

F19NaOH = W20NaOH F20

= 0,0002 90 kg/jam = 0,018 kg/jam NaCl:

F19NaCl = W20NaCl F20

= 0,005 90 kg/jam = 0,45 kg/jam Gliserin:

F19Gliserin = W20Gliserin F20

= 0,0045 90 kg/jam = 0,405 kg/jam EDTA:

F19EDTA = W20EDTA F20

= 0,0015 90 kg/jam = 0,135 kg/jam H2O:

F19H2O = W20H2O F20 +F21

= 0,125 90 kg/jam + 1248,72933kg/jam = 1259,97933 kg/jam

4. Cyclone Separator-1 (FG-301)

Alat ini digunakan untuk memisahkan debu-debu dari udara yang terhisap ke steam

ejector.

Prinsip kerja alat:

(12)

NaCl Gliserin

EDTA H2O

Impuritis

Cyclone Separator I

17 19

18

NaCl Gliserin

EDTA H2O

Impuritis

NaCl Gliserin

EDTA H2O

Impuritis

Perhitungan: Neraca massa total:

F17 = F18 + F19

= 180 kg/jam + 1338,72933kg/jam = 1518,72933 kg/jam

F17impuritis = W18impuritis F18 + F19impuritis

= 0,004142855 180 kg/jam + 0,372857 kg/jam = 1,1185709 kg/jam

Anhydrous soap:

F17unhydrous soap = W18 unhydrous soapF18 + F19unhydrous soap

NaOH:

F17NaOH = W18NaOH F18 + F19NaOH

NaCl:

F17NaCl = W18NaCl F18 + F19NaCl

(13)

Gliserin:

F17Gliserin = W18Gliserin F18 + F19Gliserin

EDTA:

F17EDTA = W18EDTA F18 + F19EDTA

H2O:

F17H2O = W18H2O F18 +F19H2O

5. Vacuum Spray Dryer (D-301)

Alat ini digunakan untuk mengeringkan soap noodle yang dihasilkan. Prinsip kerja alat:

Slurry yang akan dikeringkan disemprotkan melalui sebuah noozle sehingga

terbentuk padatan dalam bentuk butiran (Wikipedia, 2010c).

NaCl Gliserin

EDTA H2O

Impuritis

Vacuum Spray Dryer

15

17

16

NaCl Gliserin

EDTA H2O

NaOH NaCl Gliserin

EDTA H2O

(14)

F15 = F16 + F17

= 8730 kg/jam + 1518,72933 kg/jam = 10248,72933 kg/jam

F15impuritis = W16impuritis F16 + F17impuritis

Anhydrous soap:

F15unhydrous soap = W16 unhydrous soapF16 + F17unhydrous soap

NaOH:

F15NaOH = W16NaOH F16 + F17NaOH

NaCl:

F15NaCl = W16NaCl F16 + F17NaCl

= 0,005 8730 kg/jam + 1,35 kg/jam = 45 kg/jam

Gliserin:

F15Gliserin = W16Gliserin F16 + F17Gliserin

EDTA:

F15EDTA = W16EDTA F16 + F17EDTA

H2O:

(15)

6. Homogenizer-2(M-202)

Alat ini digunakan untuk menyatukan dua fasa yang berbeda agar sefasa. Prinsip kerja alat:

Dua campuran yang berbeda akan dicampurkan sehingga terbentuk menjadi satu campuran.

NaCl Gliserin

EDTA H2O

Impuritis

14

Homogenizer II

13

15

EDTA H2O

NaCl Gliserin

H2O

Impuritis

F13 + F14 = F15

F13 + 54 kg/jam = 10248,72933 kg/jam F13 = 10194,72933 kg/jam

F13impuritis = F15impuritis

F13impuritis = 37,28569 kg/jam

Anhydrous soap:

F13 unhydrous soap = F15unhydrous soap

(16)

NaOH:

F13NaOH = F15NaOH

= 1,8 kg/jam NaCl:

F13NaCl = F15NaCl

= 45 kg/jam Gliserin:

F13Gliserin = F15Gliserin

= 40,5 kg/jam EDTA:

F14EDTA = F15EDTA

F14EDTA = 13,5 kg/jam

H2O:

F14H2O =F14 - F14EDTA

= 54 kg/jam -13,5 kg/jam = 40,5 kg/jam

F13H2O+F14H2O =F15H2O

F13H2O+40,5 kg/jam = 2373,72933 kg/jam

F13H2O = 2333,22933 kg/jam

7. Plug Flow Reactor (R-201)

Alat ini digunakan sebagai tempat berlangsungnya reaksi netralisasi. Prinsip kerja alat:

(17)

NaCl Gliserin

H2O

Impuritis

Plug Flow Reactor

12 13

NaOH NaCl Gliserin

H2O

Impuritis

Diketahui data: Reaksi:

Perhitungan:

F12fatty acid = F12asam laurat + F12asam miristat + F12asam palmitat + F12asam stearat + F12asam oleat + F12asam linoleat

F13anhydrous soap =

7736,91430 kg/jam =

F12fatty acid = 7133,0395 kg/jam

= 37,28569 kg/jam NaOH:

F12NaOH = F13NaOH +

= 1,8 kg/jam + = 1099,75406 kg/jam NaCl:

F12NaCl = F13NaCl

O O

R-COH + NaOH↔ R-CONa + H2O

(18)

= 40,5 kg/jam H2O:

F12H2O =F13H2O -

= 2333,22933 kg/jam -

= 1839,15 kg/jam

8. Homogenizer-1(M-201)

Alat ini digunakan untuk menyatukan dua fasa yang berbeda agar sefasa. Prinsip kerja alat:

Dua campuran yang berbeda akan dicampurkan sehingga terbentuk menjadi satu campuran.

NaOH NaCl Gliserin

H2O

Impuritis

Homogenizer I

4

12

11

NaOH NaCl Gliserin

H2O

(19)

Perhitungan:

= 37,28569 kg/jam NaOH:

F11NaOH = F12NaOH

= 1099,75406 kg/jam NaCl:

F11NaCl = F12NaCl

= 40,5 kg/jam H2O:

F11H2O =F12H2O

= 1839,15 kg/jam Neraca massa total:

F11 = 1099,7540 kg/jam + 45 kg/jam + 40,5 kg/jam + 1839,15 kg/jam

= 3024,404069 kg/jam F4 + F11 = F12

F4 = 10194,7293 kg/jam - F11

= 10194,7293 kg/jam - 3024,404069 kg/jam = 7170,32526 kg/jam

9. Plate Exchanger-2 (E-102)

Alat ini digunakan untuk memanaskan campuran NaOH, NaCl, gliserin dan H2O.

Prinsip kerja alat:

(20)

NaOH NaCl Gliserin

H2O

Plate Exchanger II

11

10 NaOH

NaCl Gliserin

H2O

Perhitungan:

Neraca massa komponen: NaOH:

F10NaOH = F11NaOH

= 1099,75406 kg/jam NaCl:

F10NaCl = F11NaCl

= 40,5 kg/jam H2O:

F10H2O =F11H2O

= 1839,15 kg/jam

10.Static Mixer-2 (M-102)

Alat ini digunakan untuk mencampur campuran NaOH, NaCl, gliserin dan H2O.

Prinsip kerja alat:

(21)

NaOH NaCl Gliserin

H2O

10

Static Mixer

9 NaOH

NaCl Gliserin

H2O

Perhitungan:

F9NaOH = F10NaOH

= 1099,75406 kg/jam NaCl:

F9NaCl = F10NaCl

= 40,5 kg/jam H2O:

F9H2O =F10H2O

(22)

11.Mix Joint-1

NaOH NaCl Gliserin

H2O Mix Joint I

H2O

5 6

NaCl

H2O Gliserin

7 8

9 NaOH

H2O

Perhitungan:

F5NaOH = F9NaOH

= 1099,75406 kg/jam

NaCl:

F7NaCl = F9NaCl

= 40,5 kg/jam H2O:

52% F5+ F6 + 80% F7=F9H2O

0,52 2291,1543 kg/jam + F6 + 0,8 225 kg/jam = 1839,15 kg/jam F6 + 1371,4002 kg/jam = 1839,15 kg/jam

(23)

12.Plate Exchanger-1 (E-101)

Alat ini digunakan untuk memanaskan campuran fatty acid. Prinsip kerja alat:

Campuran yang masuk akan dipanaskan sewaktu melewati pelat-pelat bersamaan dengan steam dengan pola aliran berlawanan arah laluan tunggal susunan U.

Impuritis

Plate Exchanger I

3

4 Asam laurat Asam miristat Asam palmitat Asam stearat

Impuritis

F3 =F4

= 7170,32526 kg/jam

13.Static Mixer-1 (M-101)

Alat ini digunakan untuk mencampur stearin dan PKO. Prinsip kerja alat:

(24)

Impuritis

Mixer

1 2

3 Asam palmitat

Impuritis

Asam laurat Asam miristat Asam palmitat

Impuritis

Perhitungan:

Neraca massa komponen: Asam laurat:

F3asam palmitat = 52,9% F2

= 0,529 1434,065052 kg/jam = 758,6204 kg/jam

Asam miristat:

F3asam miristat = 15,6% F2

= 0,156 1434,065052 kg/jam = 223,7141 kg/jam

Asam palmitat:

F3asam palmitat = 51,6% F1 + 12,5% F2

= 0,516 5736,260209 kg/jam + 0,125 1434,065052 kg/jam

= 3139,1684 kg/jam Asam stearat:

F3asam stearat = 6,8% F1 + 3,8% F2

= 0,068 5736,260209 kg/jam + 0,038 1434,065052 kg/jam

= 444,56016 kg/jam Asam oleat:

(25)

= 0,349 5736,260209 kg/jam + 0,133 1434,065052 kg/jam

= 2192,6854 kg/jam Asam linoleat:

F3asam linoleat = 6,1% F1 + 1,7% F2

= 0,061 5736,260209 kg/jam + 0,017 1434,065052 kg/jam

= 374,2909 kg/jam Impuritis:

F3impuritis = 0,6% F1 + 0,2% F2

= 0,006 5736,260209 kg/jam + 0,002 1434,065052 kg/jam

(26)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Basis perhitungan : 1 jam

Satuan operasi : Joule/jam (J/jam) Suhu referensi : 30 °C (303,15 K)

Neraca energi ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: - Perhitungan panas yang masuk dan keluar

Q = H =

Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi:

Q = =

- Perhitungan panas reaksi:

Q =

- Perhitungan panas penguapan

Q = λ

Perhitungan estimasi CpL(J/mol.K) dengan menggunakan metode Chueh dan

Swanson dengan rumus:

CpL =

∑

=

n

i 1

Ni ∆Cpi + 18,83m

Dengan:

CpL = kapasitas panas cairan pada 293,15 K, J/mol K n = jumlah gugus yang berbeda dalam senyawa Ni = jumlah gugus i dalam senyawa

∆Cpi = nilai numerik kontribusi gugus i

(27)

yang pertama untuk gugus -CH2- adalah 10,46 J/mol K. Tetapi jika ada gugus -CH2-

yang memenuhi kriteria ini untuk cara kedua, nilai kontribusi tambahan kedua kembali ke nilai 18,83 J/mol K

Nilai kontribusi gugus untuk perhitungan dengan metode Chueh dan Swansondapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Tabel LB.1 Nilai Kontribusi Gugus pada Perhitungan Cpdengan Metode Chueh dan Swanson

Gugus Harga

-CH3 36,82

-CH2- 30,38

-CH= 21,34

-COOH 79,91

(Perry, 1999)

Perhitungan estimasi CPs (J/mol K) dengan menggunakan metode Hurst and Harrison

dengan rumus:

CpS =

∑

=

n

i 1

Ni ∆Ei

Dengan:

CpS = kapasitas panas solid pada suhu 298.15 K, J/mol K n = jumlah unsur atom yang berbeda dalam senyawa Ni = jumlah unsur atom i dalam senyawa

∆Ei = nilai numerik kontribusi unsur atom i

Nilai kontribusi elemen atomuntuk perhitungan dengan metodeHurst and Harrison dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Tabel LB.2 Nilai Elemen Atom pada Perhitungan Cp dengan metode Hurst and

Harrison

Elemen atom ∆E

C 10,89

H 7,56

O 13,42

N Na

(28)

Data nilai-nilai Cp sesuai literatur:

Cpasam laurat = 2,15 J/g oC = 2.150 J/kg K (Anonim, 2000a)

Cpasam miristat = 2,26 J/g oC = 2.260 J/kg K (Anonim, 2000b)

Cpasam palmitat = 2,73 J/g oC = 2.730 J/kg K (Anonim, 2000c)

Cpasam stearat = 2,30 J/g oC = 2.300 J/kg K (Anonim, 2000d)

Cpasam oleat = 2,046 J/g oC = 2.046 J/kg K (Anonim, 2000e)

Cpcopper = 5,44 + 0,001462T kal/mol.K (Perry, 1999)

Cpiron = 4,13 + 0,00638T kal/mol.K (Perry, 1999)

Cpair = 4184 J/kg K

CpNaCl = 10,79 + 0,00420T kal/mol K (Perry, 1999)

= 772,3757057 + 0,3006467066T J/kg K

Cpgliserin = 0,555 kal/g oC = 2.322,12 J/kg K (15oC = 283,15 K) (Perry, 1999)

Cpgliserin = 0,576 kal/g oC = 2.409,984 J/kg K (32 oC = 305,15 K) (Perry, 1999)

Cpsoap noodle = 0,6 kkal/kg oC = 2.510,4 J/kg K

Data nilai-nilai Cp yang dihitung:

1. Asam linoleat (CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH, BM = 280,45):

Cpasam linoleat = 1(-CH3) + 12(-CH2-) + 4(-CH=) + 1(-COOH) + 10,46 + 3(18,83)

= 1(36,82) + 12(30,38) +4(21,34) + 1(79,91)+ 10,46 + 3(18,83) = 633,6 J/mol K

= 2.259,226244 J/kg K (Metode Chueh dan Swanson)

2. NaOH (BM = 39,99711):

CpNaOH = 1Na + 1O + 1H

= 26,19 + 13,42 + 7,56 = 47,17 J/mol K

= 1.179,335207 J/kg K (MetodeHurst and Harrison)

3. Gliserin:

Cpgliserin =

(29)

4. EDTA (C10H16N2O8, BM =292,24):

CpEDTA = 10C + 16H + 2N + 8O

= 10(10,89) + 16(7,56) + 2(18,74) + 8(13,42) = 374,7 J/mol K

= 1.282,165344 J/kg K (MetodeHurst and Harrison)

5. Impuritis:

Diasumsikan impuritis mengandung 60% tembaga dan 40% besi (BMav = 60,482).

Cpimpuritis = 0,6Cpcopper + 0,4Cpiron

= 0,6(5,44 + 0,001462T) + 0,4(4,13 + 0,00638T) = 4,916 + 0,0034292T kal/mol K

= 340,0771139 + 0, 2372238484T J/kg K

Panas yang dihasilkan dalam reaksi netralisasi: = 14 kal/mol asam lemak =

= 225,40796577 J/kg asam lemak

Steam yang digunakan adalah saturated steam pada tekanan gauge 2 bar.

Psat = 200 kPa + 101,325 kPa = 301,325 kPa

Untuk Psat = 300 kPa, diperoleh data:

Tsat = 133,54 oC (Smith, 2001)

Hliq = 561,429 kJ/kg (Smith, 2001)

Hvap = 2.724,7 kJ/kg (Smith, 2001)

λ = 2.724,7 kJ/kg – 561,429 kJ/kg = 2.163,271 kJ/kg = 2.163.271 J/kg

Untuk Psat = 325 kPa, diperoleh data:

Tsat = 136,29 oC (Smith, 2001)

Hliq = 573,197 kJ/kg (Smith, 2001)

(30)

λ = 2.728,3 kJ/kg – 573,197 kJ/kg = 2.155,103 kJ/kg = 2.155.103 J/kg

Sehingga untuk steam pada Psat = 301,325 kPa: Tsat =

= 133,7 oC

λ = –

(31)

1. Static Mixer-1 (M-101)

Impuritis

Static Mixer I

1

2

3 Asam palmitat

Impuritis

Asam laurat Asam miristat Asam palmitat

Impuritis 1atm, 60oC

1atm, 30oC

1atm

Perhitungan: Panas masuk: Qin = Q1in + Q2in

- Alur 1 (T = 60 oC = 333,15 K): Qin =

Tabel LB.3 Panas Masuk StaticMixer-1 pada Alur 1

Komponen m

(kg/jam)

(J/kg)

(J/jam) CH3-(CH2)14-COOH 2.959,9103 81.900,0000 242.416.650,9543

CH3-(CH2)16-COOH 390,0656 69.000,0000 26.914.532,9026

CH3-(CH2)14-CH=CH-COOH 2.001,9548 61.380,0000 122.879.986,4274

CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2

-CH=CH-(CH2)7-COOH 349,9119 67.776,7873 23.715.902,5769

Impuritis 34,4176 12.466,4964 429.066,4048

(32)

- Alur 2 (T = 30oC = 303,15 K): Qin =

Tabel LB.4 Panas Masuk Static Mixer-1 pada Alur 2

Komponen m

(kg/jam)

(J/kg)

(J/jam)

CH3-(CH2)10-COOH 758,6204 0 0

CH3-(CH2)12-COOH 223,7141 0 0

CH3-(CH2)14-COOH 179,2581 0 0

CH3-(CH2)16-COOH 54,4945 0 0

CH3-(CH2)14-CH=CH-COOH 190,7307 0 0

-CH=CH-(CH2)7-COOH 24,3791 0 0

Impuritis 2,8681 0 0

Total 0

Panas masuk total:

Qin = 416.356.139,2661 J/jam + 0 J/jam = 416.356.139,2661 J/jam

Panas keluar: Qout = Qin

= 416.356.139,2661 J/jam

Tabel LB.5Jumlah Nilai maStaticMixer-1 pada Alur 3

Komponen m

(kg/jam) (J/kg K)

ma

(J/jam K) CH3-(CH2)10-COOH 758,6204 2.150,0000 1.631.033,8873

CH3-(CH2)12-COOH 223,7141 2.260,0000 505.593,9749

CH3-(CH2)14-COOH 3139,1684 2.730,0000 8.569.929,7309

CH3-(CH2)16-COOH 444,5602 2.300,0000 1.022.488,3823

CH3-(CH2)14

-CH=CH-COOH 2192,6854 2.046,0000 4.486.234,4615

CH3-(CH2)4

-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7

-COOH 374,2910 2.259,2262 845.608,0017

Impuritis 37,2857 340,0771 12.680,0103

(33)

Tabel LB.6Jumlah Nilai mb StaticMixer-1 pada Alur 3

Komponen m

(kg/jam) (J/jam K2)

mb

(J/jam K)

CH3-(CH2)10-COOH 758,6204 0 0

CH3-(CH2)12-COOH 223,7141 0 0

CH3-(CH2)14-COOH 3139,1684 0 0

CH3-(CH2)16-COOH 444,5602 0 0

CH3-(CH2)14-CH=CH-COOH 2192,6854 0 0

CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7

-COOH 374,2910 0 0

Impuritis 37,2857 0,2372 8,8450

Total 8,8450

Suhu keluar pada alur 3: Qout =

= Dimana:

ma(T-303,15) = 17.073.568,4489 T – 17.073.568,4489 (303,15)

= 17.073.568,4489 T –5.175.852.275,2951

mb(T2 – 303,152) = 8,8450 T2 - 8,8450 (303,152) = 8,8450 T2 – 812.859,8869 Sehingga:

Qout = – –

(34)

2. Plate Exchanger-1(E-101)

Impuritis

Plate Exchanger I

3

4 Asam laurat Asam miristat Asam palmitat Asam stearat

Impuritis

Saturated

steam Kondensat

1atm 327,5 K

1atm, 70oC 2 bar (g)

133,7 oC

2 bar (g) 133,7 oC

Perhitungan:

Panas masuk (T = 327,5 K): Qin =

Tabel LB.7 Panas Masuk Plate Exchanger-1

Komponen m

(kg/jam)

(J/kg) (J/jam) CH3-(CH2)10-COOH 758,6204 52.421,3487 39.767.905,1906

CH3-(CH2)12-COOH 223,7141 55.103,3712 12.327.403,7491

CH3-(CH2)14-COOH 3139,1684 66.562,9218 208.952.220,8482

CH3-(CH2)16-COOH 444,5602 56.078,6521 24.930.334,9021

CH3-(CH2)14-CH=CH-COOH 2192,6854 49.885,6184 109.383.470,2743

-CH=CH-(CH2)7-COOH 374,2910 55.084,5055 20.617.633,4549

Impuritis 37,2857 10.115,6994 377.170,8471

(35)

Panas keluar (T = 70 oC = 343,15 K): Qout =

Tabel LB.8 Panas Keluar Plate Exchanger-1

Komponen m

(kg/jam)

CH3-(CH2)12-COOH 223,7141 90.400,0000 20.223.758,9943

CH3-(CH2)14-COOH 3139,1684 109.200,0000 342.797.189,2371

CH3-(CH2)16-COOH 444,5602 92.000,0000 40.899.535,2932

CH3-(CH2)14-CH=CH-COOH 2192,6854 81.840,0000 179.449.378,4599

-CH=CH-(CH2)7-COOH 374,2910 90.369,0497 33.824.320,0688

Impuritis 37,2857 16.669,4400 621.531,5958

Total 683.057.069,1409

Panas yang dibutuhkan: Q = Qout- Qin

= 683.057.069,1409 J/jam – 416.356.139,2661 J/jam = 266.700.929,8748 J/jam

Massa saturated steam yang dibutuhkan:

m = = 123,3105kg/jam

3. Plate Exchanger-2(E-102)

NaOH NaCl Gliserin

H2O Plate Exchanger II

11 10 NaOH

NaCl Gliserin

H2O

Saturated

steam Kondensat

1atm, 30 oC

1atm, 70oC 2 bar (g)

133,7 oC

(36)

Perhitungan:

Panas masuk (T = 30 oC = 303,15 K): Qin =

Tabel LB.9 Panas Masuk Plate Exchanger-2

Komponen m

(kg/jam)

(J/kg) (J/jam)

NaOH 1099,7541 0 0

H2O 1839,1500 0 0

NaCl 45,0000 0 0

Gliserin 40,0500 0 0

Total 0

Tabel LB.10 Panas Keluar Plate Exchanger-2

Komponen m

(kg/jam)

(J/kg) (J/jam)

NaOH 1099,7541 47.173,4083 51.879.147,7277

H2O 1839,1500 167.360,0000 307.800.144,0000

NaCl 45,0000 34.781,1876 1.565.153,4401

Gliserin 40,0500 100.120,6588 4.054.886,6822

Total 365.299.331,8500

Panas yang dibutuhkan:

Q = Qout - Qin= 365.299.331,8500 J/jam – 0 J/jam= 365.299.331,8500J/jam

(37)

4. Plug Flow Reactor(R-201)

NaCl Gliserin

H2O

Impuritis

Plug Flow Reactor

12 13

NaOH NaCl Gliserin

H2O

Impuritis

Saturated steam

Kondensat

1atm, 70 oC 2 bar, 120oC 2 bar (g)

133,7 oC

2 bar (g) 133,7 oC

Perhitungan:

Panas masuk (T = 70 oC = 343,15 K): Qin =

Tabel LB.11 Panas Masuk Plug Flow Reactor

Komponen m

(kg/jam)

CH3-(CH2)12-COOH 223,7141 90.400,0000 20.223.758,9943

CH3-(CH2)14-COOH 3139,1684 109.200,0000 342.797.189,2371

CH3-(CH2)16-COOH 444,5602 92.000,0000 40.899.535,2932

CH3-(CH2)14-CH=CH-COOH 2192,6854 81.840,0000 179.449.378,4599

-CH=CH-(CH2)7-COOH 374,2910 90.369,0497 33.824.320,0688

Impuritis 37,2857 16.669,4400 621.531,5958

NaOH 1099,7541 47.173,4083 51.879.147,7277

H2O 1839,1500 167.360,0000 307.800.144,0000

NaCl 45,0000 34.781,1876 1.565.153,4401

Gliserin 40,0500 100.120,6588 4.054.886,6822

Total 1.048.356.400,9910

Panas reaksi (T = 120oC = 393,15 K): Qreaksi =

= F12fatty acid

=

(38)

Tabel LB.12 Panas Keluar Plug Flow Reactor

Komponen m

(kg/jam)

(J/kg) (J/jam)

Anhydrous soap 7736,9143 225.936,0000 1.748.047.471,2366

NaOH 1,8000 106.140,1686 191.052,3035

H2O 2333,2293 376.560,0000 878.600.836,9835

NaCl 45,0000 78.934,1271 3.552.035,7192

Gliserin 40,0500 236.900,5412 9.594.471,9173

Impuritis 37,2857 38.039,9937 1.418.347,4647

Total 2.641.404.215,6249

Panas yang dibutuhkan: Q = Qout–(Qin + Qreaksi)

= 2.641.404.215,6249 – (1.048.356.400,9910+ 1.607.843,9394) =1.591.439.970,6946J/jam

m = =735,8105 kg/jam

5. Homogenizer-2 (M-202)

NaCl Gliserin

EDTA H2O

Impuritis

14

Homogenizer II

13

15

EDTA H2O

NaCl Gliserin

H2O

Impuritis

(39)

Perhitungan: Panas masuk:

Qin = Q13in + Q14in

- Alur 13 (T = 120 oC = 393,15 K): Qin =

Tabel LB.13 Panas Masuk Homogenizer-2 pada Alur 13

Komponen m

(kg/jam)

(J/kg) (J/jam)

Anhydrous soap 7736,9143 225.936,0000 1.748.047.471,2366

NaOH 1,8000 106.140,1686 191.052,3035

H2O 2333,2293 376.560,0000 878.600.836,9835

NaCl 45,0000 78.934,1271 3.552.035,7192

Gliserin 40,0500 236.900,5412 9.594.471,9173

Impuritis 37,2857 38.039,9937 1.418.347,4647

Total 2.641.404.215,6249

- Alur 14 (T = 30oC = 303,15 K): Qin =

Tabel LB.14 Panas Masuk Homogenizer-2 pada Alur 14

Komponen m

(kg/jam)

(J/kg)

(J/jam)

H2O 40,50000 0 0

EDTA 13,50000 0 0

Total 0

Panas masuk total:

Qin = 2.641.404.215,6249 J/jam + 0 J/jam = 2.641.404.215,6249 J/jam

Panas keluar: Qout = Qin

(40)

Tabel LB.15Jumlah Nilai maHomogenizer-2 pada Alur 15

Komponen m

(kg/jam) (J/kg K)

ma

(J/jam K)

Anhydrous soap 7736,9143 2.510,4000 19.422.749,6804

NaOH 1,8000 1.179,3352 2.122,8034

H2O 2373,7293 4.184,0000 9.931.683,5220

NaCl 45,0000 772,3757 34.756,9068

Gliserin 40,0500 832,8252 33.729,4206

EDTA 13,5000 1.282,1653 17.309,2321

Impuritis 37,2857 340,0771 12.680,0103

Total 29.455.031,5756

Tabel LB.16Jumlah Nilai mbHomogenizer-2 pada Alur 15

Komponen m

(kg/jam) (J/jam K2)

mb

(J/jam K)

Anhydrous soap 7736,9143 0 0

NaOH 1,8000 0 0

H2O 2373,7293 0 0

NaCl 45,0000 0,3006 13,5291

Gliserin 40,0500 5,1685 209,3231

EDTA 13,5000 0 0

Impuritis 37,2857 0,2372 8,8451

Total 231,6972

Suhu keluar pada alur 15: Qout =

= Dimana:

ma(T-303,15) = 29.455.031,5756 T – 29.455.031,5756 (303,15)

= 29.455.031,5756 T –8.929.292.822,1493

mb(T2 – 303,152) = 231,6972T2 - 231,6972 (303,152) = 231,6972T2 – 21.292.956,1760 Sehingga:

(41)

T = 392,6 K

6. Vacuum Spray Dryer (D-301)

NaCl Gliserin

EDTA H2O

Impuritis

Vacuum Spray Dryer

15

17

16

NaCl Gliserin

EDTA H2O

NaOH NaCl Gliserin

EDTA H2O

Impuritis

50 milibar 50 milibar 2 bar

392,6 K

Saturated steam

Kondensat 2 bar (g)

133,7 oC 2 bar (g) 133,7 oC

Perhitungan:

Panas masuk (T = 392,6 K): Qin =

Tabel LB.17 Panas Masuk Vacuum Spray Dryer

Komponen m

(kg/jam)

(J/kg) (J/jam)

Anhydrous soap 7736,9143 225.936,0000 1.748.047.471,2366

NaOH 1,8000 106.140,1686 191.052,3035

H2O 2333,2293 376.560,0000 878.600.836,9835

NaCl 45,0000 78.934,1271 3.552.035,7192

Gliserin 40,0500 236.900,5412 9.594.471,9173

(42)

Impuritis 7736,9143 225.936,0000 1.748.047.471,2366

Total 2.641.404.215,6249

Panas keluar:

Qout = Q16out + Q17out

- Alur 16: Qout =

Untuk air, diketahui:

Tsat = 30 oC (P = 4,246 kPa) (Geankoplis, 2003) Tsat = 33 oC (P = 5,034 kPa) (Geankoplis, 2003) Titik didih air pada tekanan 50 milibar (5 kPa) adalah:

TsatP = 5 kPa =

–

= 32,9 oC = 306,0 K

Tabel LB.18 Panas Keluar Vacuum Spray Dryer pada Alur 16

Komponen m

(kg/jam)

(J/kg) (J/jam)

Anhydrous soap 7504,8069 7.206,2497 54.081.512,6691

NaOH 1,7460 3.385,3506 5.910,8221

H2O 1091,2500 12.010,4162 13.106.366,7257

NaCl 43,6500 2.480,0139 108.252,6082

Gliserin 39,2850 6.909,6213 271.444,4741

EDTA 13,0950 3.680,5305 48.196,5465

Impuritis 36,1671 1.183,6231 42.808,2392

Total 67.664.492,0848

- Alur 17: Qout =

Untuk saturated vapor, diketahui:

Hsaturated vapor = 2.556,3 kJ/kg (P = 4,246 kPa) (Geankoplis, 2003)

Hsaturated vapor = 2.561,7 kJ/kg (P = 5,034 kPa) (Geankoplis, 2003)

Entalpi saturated vapor pada tekanan 50 milibar (5 kPa) adalah:

Hsatvap(P = 5 kPa) = –

(43)

Hair = 125,79 kJ/kg = 125.790 J/kg (Geankoplis, 2003)

Entalpi saturated vapor dengan suhu referensi 303,15 K adalah: Hsatvap = 2.556.532,99492 J/kg – 125.790 J/kg

= 2.430.742,99492 J/kg

Sehingga untuk air dalam bentuk uap, perhitungan panas keluar menggunakan nilai entalpi:

Qout = mH

Massa air dalam bentuk uap pada alur 17 sama dengan massa uap air yang masuk ke

steam ejector:

= 1.248,7293 kg/jam

= 1282,4793 kg/jam – 1.248,7293 kg/jam = 33,75 kg/jam

Tabel LB.19 Panas Keluar Vacuum Spray Dryer pada Alur 17

Komponen m

(kg/jam)

(J/kg) (J/jam)

Anhydrous soap 232,21074 7.206,2497 1.672.624,1032

NaOH 0,0540 3.385,3506 182,8089

H2O(liq) 33,7500 12.010,4162 405.351,5482

H2O(g) 1.248,7293 2.430.742,9949 3.035.340.074,5386

NaCl 1,3500 2.480,0139 3.348,0188

Gliserin 1,2150 6.909,6213 8.395,1899

EDTA 0,4050 3.680,5305 1.490,6148

Impuritis 1,1186 1.391,0350 1.323,9662

Total 3.037.432.790,7887

Panas yang dibutuhkan: Q = Qout– Qin

= Q16out + Q17out– Qin

= (67.664.492,0848 + 3.037.432.790,7887)J/jam – 2.641.404.215,6249 J/jam =463.693.067,2486 J/jam

(44)

m = =214,3909kg/jam

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

1. Tangki Penyimpanan Stearin (T-101)

Fungsi : menyimpan stearin untuk kebutuhan selama 3 hari Bentuk : silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C

Jenis sambungan : Double welded butt joints Jumlah : 1 unit

Data kondisi penyimpanan:

Temperatur (T) = 60 °C

Tekanan dalam (P) = 1 atm = 14,696 psia

Densitas stearin (ρ) = 870 kg/m3 (Lab. PT Nubika Jaya, 2010) Laju alir massa stearin (m) = 5.736,2602 kg/jam

Lama penyimpanan (n) = 3 hari Faktor kelonggaran (fk) = 0,15

Perbandingan diameter dengan tinggitangki (Di : Hs) = 4 : 5

Perhitungan: a. Volume tangki

Volume larutan, Vl =

= 474,7250 m3 Volume tangki, Vt =

(45)

b. Diameter dan tinggi shell - Volume shell tangki (Vs)

(Perry,1999)

- Volume tangki (Vt)

Vt = Vs + 2Vh ; Vh dianggap sangat kecil untuk tutup datar

545,9337 m3 =

Di =8,2233 m = 323,7517 in Hs = 10,2791 m = 404,6892 in

c. Tebal shell tangki

Tinggi larutan (h) = = 8,9383 m Tekanan hidrostatik (Ph) = ρgh

= 870 kg/m3 9,8 m/det2 8,9383 m = 76.208,3537 Pa = 11,0532 psia Maka, Pdesain = (1,15) Poperasi

= 1,15 ( 14,696 + 11,0532) = 29,6116 psia Untuk bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C:

- Allowable working stress (S) : 13.700 psia (Couper, 2005) - Joint efficiency (E) : 0,85

- Corossion allowance (C) : 0,002 in/tahun (Perry,1999)

- Umur alat (n) : 10 tahun

(Brownell, 1959)

=

= 0,4323 in

Tebal shell standar yang digunakan = 7/16 in (Brownell, 1959)

d. Tebal head

Tebal head (dh) diambil sama dengan tebal shell, yaitu 7/16in

(46)

icr = 15/16 in (Brownell, 1959)

sf = 1½ -3½ in dipilih 1½ in (Brownell, 1959) Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = 7/16 + 15/16 + 1½ = 3,25 in (0,0825 m)

Tinggi total tangki = Hs + Hh = 10,2791 m + 0,0825 m = 10,3616 m

e. Insulasi

Digunakan insulasi wool dengan spesifikasi: Tebal (ti) = 1 in

Densitas wool (ρ) = 110,5 kg/m3 (Geankoplis, 2003) Konduktivitas termal (k) = 0,036 W/m.K (Geankoplis, 2003)

- Estimasi panas hilang tanpa insulasi:

Suhu udara (Tudara) = 30 oC = 303,15 K

Suhu permukaan (Ts) = 60 oC = 333,15 K

Beda suhu (ΔT) = 333,15 K – 303,15 K = 30 K

Suhu rata-rata (Tav) = ½ (303,15 K + 333,15 K) = 318,15 K

Perhitungan nilai koefisien konveksi udara (ho) membutuhkan data berikut:

Untuk udara pada suhu 37,8 oC:

gβρ2_/μ2

= 1,12 108 /K.m3 (Geankoplis, 2003)

NPr = 0,705 (Geankoplis, 2003)

Untuk udara pada suhu 65,6 oC:

gβρ2_/μ2

= 0,775 108 /K.m3 (Geankoplis, 2003)

NPr = 0,702 (Geankoplis, 2003)

Pada suhu 318,15 K (45oC):

gβρ2_/μ2

=

=103.064.748,2014 /K.m3 NPr =

= 0,7042

NGr = L3(gβρ2/μ2)ΔT (Geankoplis, 2003)

(47)

NPr NGr = 0,7042 (3,3581 1012)

= 2,36479 1012

Untuk NPr NGr> 109 digunakan persamaan:

ho = 1,24 (ΔT)1/3 (Geankoplis, 2003)

= 1,24 (30)1/3 = 3,8530 W/m2.K

Diameter, luas permukaan transfer panas dan suhu tangki luar: D1 = Di + 2t

= 323,7517 in + 2 (7/16 in)

= 324,6267 in (8,2455 m) Ao = πD1L

= 3,14 (8,2455 m) (10,2791 m) = 266,2704 m2

Panas hilang tanpa insulasi: Q = ho Ao ΔT

= 3,8530 W/m2.K (266,2704 m2) (30 K) = 30.778,1974 W

Konduktivitas termal Carbonsteel (k1) = 45 W/m.K (Geankoplis, 2003)

Q =

T1 = Ti -

= 333,15 K – = 333,1214 K Diameter luar insulator: D2 = D1 + 2ti

= 324,6267 in + 2 (1 in) = 326,6267 in (8,2963 m) - Panas hilang dengan insulasi:

U =

=

(48)

Qloss = U AoΔT

= 1,0382 W/m2.K (266,2704 m2) (333,1214 K - 303,15 K) = 8.285,5586 W

f. Sistem pemanas

Untuk menggantikan panas yang hilang, tangki dilengkapi pengatur suhu dan koil pemanas yang menggunakan air kondensat dari berbagai unit operasi dengan spesifikasi:

n = 4 buah OD = ½ in BWG = 12 Bentuk = U-tube Panjang = 20 ft Suhu air = 133,7 oC

UD estimasi = 40 – 75 Btu/h.ft2.oF (Kern, 1965)

Ao/L = 0,1309 ft2/ft (Kern, 1965)

- Massa air pemanas maksimum:

Wmaks = 123,3105 + 168,8980 + 735,8105 + 214,3909 = 1.242,4009 kg/jam

- Suhu keluar air pemanas:

Q = W Cp ΔT

8.285,5586 W = 1.242,4009 kg/jam (4.184 J/kg) (133,7 oC - Tout) (1 jam/3.600

detik)

Tout = 128,0 oC

- Panas yang ditransfer heater:

Suhu stearin dianggap konstan = 60 oC

ΔT2 = 128,0 oC – 60 oC = 68,0 oC

ΔT1 = 133,7 oC – 60 oC = 73,7 oC

(ΔT)lm =

(49)

= 70,8 oC

Atotal = 2n(Ao/L) L

= 2 (4) (0,1309 ft2/ft) (20 ft) = 20,944 ft2 (0,5927 m2)

UD diambil 40 Btu/h.ft2.oF (227,132 W/m2.K)

Qheater = UD AoΔT

= 227,132 W/m2.K (0,5927 m2) (70,8118 oC) = 9.532,7608 W

Qheater> Qloss maka sistem pemanas dengan spesifikasi di atas dapat diterima.

2. Tangki Penyimpanan PKO (T-102)

Fungsi : menyimpan PKO untuk kebutuhan selama 3 hari Bentuk : silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C

Tekanan (P) = 1 atm = 14,696 psia

Densitas PKO (ρ) =850kg/m3 (Lab. PT Nubika Jaya, 2010) Laju alir massa PKO (m) = 1.434,0651kg/jam

Perhitungan:

a. Volume larutan, Vl =

(50)

= 139,6948 m3 b. Diameter dan tinggi shell

- Volume shell tangki (Vs)

(Perry,1999)

139,6948 m3 =

Di = 5,2207 m = 205,5380 in Hs = 6,5259 m = 256,9237 in

= 850 kg/m3 9,8 m/det2 5,6747 m = 47.270,2148 Pa = 6,8560 psia Maka, Pdesain = (1,15) Poperasi

- Allowable working stress (S) : 13.700 psia (Couper, 2005)

- Joint efficiency (E) : 0,85

(Brownell, 1959)

=

= 0,2390 in

(51)

Tebal head (dh) diambil sama dengan tebal shell, yaitu ¼ in Untuk tebal shell ¼ in:

icr = ¾ in (Brownell, 1959)

sf = 1½ - 2½ in dipilih 1½ in (Brownell, 1959) Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = ¼ + ¾ + 1½ = 2,5 in (0,0635 m)

Tinggi total tangki = Hs + Hh = 6,5259 m + 0,0635 m = 6,5894 m

3. Tangki Penyimpanan NaOH (T-103)

Fungsi : menyimpan NaOH untuk kebutuhan selama 30 hari Bentuk : silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C

Densitas NaOH 48% (ρ) = 1.499,35 kg/m3 (Handymath, 2010) Laju alir massa NaOH (m) = 2.291,1543kg/jam

Perhitungan:

= 1.100,2308 m3 Volume tangki, Vt =

(52)

(Perry,1999)

440,0923 m3 =

Di = 7,6533 m = 301,3099 in Hs = 9,5666 m = 376,6376 in

= 1.499,35 kg/m3 9,8 m/det2 7,9722m = 117.140,0673 Pa = 16,9897 psia Maka, Pdesain = (1,2) Poperasi

- Allowable working stress (S) : 13.700 psia (Couper, 2005) - Joint efficiency (E) : 0,85

(Brownell, 1959)

=

= 0,5129 in

Tebal shell standar yang digunakan = 5/8in

d. Tebal head

Untuk tebal shell 5/8in:

icr = 17/8in

(53)

Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = 5/8 + 17/8 + 1½ = 4 in (0,1016 m)

Tinggi total tangki = Hs + Hh = 9,5666m + 0,1016 m = 9,6682 m

4. Tangki Penyimpanan NaCl (T-105)

Fungsi : menyimpan NaCl untuk kebutuhan selama 30 hari Bentuk : silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup datar Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-240grade 304

Densitas NaCl 20% (ρ) = 1.142,85 kg/m3 (Anonim, 2009b) Laju alir massa NaCl (m) = 225kg/jam

Perhitungan:

(Perry,1999)

(54)

163,0135 m3 =

Di = 5,4964 m = 216,3914 in Hs = 6,8704 m = 270,4892 in

= 1.142,85 kg/m3 9,8 m/det2 5,9743 m = 66.911,6989 Pa = 9,7047 psia

Maka, Pdesain = (1,15) Poperasi

= 1,15 ( 14,696 + 9,7047 ) = 28,0608 psia Untuk bahan konstruksi Stainless Steel SA-240grade 304:

(Brownell, 1959)

=

= 0,2112 in

Tebal shell standar yang digunakan = ¼ in d. Tebal head

Tebal head (dh) diambil sama dengan tebal shell, yaitu ¼ in Untuk tebal shell¼ in:

icr = ¾ in

sf = 1½ - 2½ in dipilih 1½ in

Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = ¼ + ¾ + 1½ = 2,5 in (0,0635 m) Tinggi total tangki = Hs + Hh = 6,8704m + 0,0635 m = 6,9339 m

5. Tangki Penyimpanan Gliserin (T-106)

(55)

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade C Jenis sambungan : Double welded butt joints Jumlah : 1 unit

Densitas gliserin (ρ) = 1.254,95 kg/m3 (Perry, 1999) Laju alir massa gliserin (m) = 40,5kg/jam

Perhitungan:

(Perry,1999)

26,7214 m3 =

Di = 3,0081 m = 118,4290 in Hs = 3,7601 m = 148,0350 in

(56)

= 1.254,95 kg/m3 9,8 m/det2 3,2696m = 40.211,5690 Pa = 5,8322 psia

Maka, Pdesain = (1,15) Poperasi

- Allowable working stress (S) : 13700 psia (Couper, 2005)

(Brownell, 1959)

=

= 0,1402 in

d. Tebal head

icr = 9/16in

sf = 1½ - 2 in dipilih 1½ in

Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = 3/16+ 9/16+ 1½ = 2,25 in (0,0571 m)

6. Tangki Penyimpanan EDTA (T-107)

Fungsi : menyimpan EDTA untuk kebutuhan selama 30 hari Bentuk : silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup datar Bahan konstruksi : StainlessSteel SA-240grade 304

(57)

Densitas EDTA (ρ) = 860 kg/m3 (Perry, 1999) Laju alir massa EDTA (m) = 54kg/jam

Perhitungan:

a. Densitas EDTA 25% = = 957,8987 kg/m3

Volume larutan, Vl =

(Perry,1999)

46,6772 m3 =

Di = 3,6227 m = 142,6260 in Hs = 4,5284 m = 178,2830 in

(58)

= 36.965,1698 Pa = 5,3613 psia Maka, Pdesain = (1,15) Poperasi

= 1,15 ( 14,696 + 5,3613) = 23,0659 psia Untuk bahan konstruksi Stainless Steel SA-240grade 304:

(Brownell, 1959)

=

= 0,1236 in

d. Tebal head

icr = 9/16in

sf = 1½ - 2 in dipilih 1½ in

Maka tinggi head (Hh) = dh + icr + sf = 3/16+ 9/16+ 1½ = 2,25 in (0,0571 m)

7. Static Mixer-1 (M-101)

Fungsi : mencampur palm oil stearin dan palm kernel oil Bentuk : pipa silinder dengan modifikasi penambahan sekat Bahan konstruksi : Commercial Steel

Data kondisi operasi:

(59)

Data stearin dan PKO:

Tabel LC.1 Densitas dan Viskositas Stearin dan PKO

Komponen Fraksi ρi (kg/m3) μi (cP)

50 °C 55 °C 54,4 °C 50 °C 55 °C 54,4 °C

Stearin 0,8 875,1000 872,6000 872,9067 23,6800 19,8800 20,3462 PKO 0,2 897,2000 893,8000 894,2171 18,6100 15,9400 16,2676 (Anonim, 2010; Burdick, 2010)

Perhitungan:

a. Densitas campuran(ρm) = = 877,0871 kg/m3

b. Viskositas campuran (μm)

(Perry,1999)

μm = [0,8 (20,3462)1/3 + 0,2 (16,2676)1/3]3

= 19,4815 cP = 0,0195 Pa.s c. Fraksi Volume (Cv)

- Laju alir volumetrik stearin (Qstearin)

Qstearin = massa stearin/ ρstearin

= 5.736,2602 kg/jam / 872,9067 kg/m3 = 6,5714 m3/jam

- Laju alir volumetrik PKO (QPKO)

QPKO = massa PKO/ ρPKO

= 1.434,0651kg/jam / 894,2171 kg/m3 = 1,6037 m3/jam

Cv =

=

= 0,1962

d. Coefficient of Variation reduction (CoVR)

CoV0 = (Paul, 2004)

=

(60)

Pencampuran dianggap sudah homogeny bila CoV = 0,05

CoVR = CoV/CoV0 (Paul, 2004)

= 0,05/2,0243 = 0,0247 e. Diameter pipa (Di)

Untuk cairan, kecepatan yang direkomendasikan adalah antara 2 m/s – 3 m/s. Qtotal = QPKO + QStearin

= 1,6037 m3/jam+ 6,5714 m3/jam = 8,1751 m3/jam

Qtotal =

8,1751 m3/jam =

Di = 0,0340 m = 34,0079 mm Digunakan pipa standar 1¼ in BWG 40. Diperoleh data:

Di = 35,05 mm = 0,03505 m (Geankoplis, 2003) A = 9,648 10-4 m2 (Geankoplis, 2003) Kecepatan fluida, v = = = 2,3537 m/s

f. Bilangan Reynolds

NRe = (Geankoplis, 2003)

= = 3.710,6450 (transisi)

Untuk commercial steel, diperoleh equivalent roughness (ε) = 4,6 10-5 m (Geankoplis, 2003).

= 0,0013 g. Fanning friction factor

f = 0,094(ε/D)0,225+ 0,53(ε/D) +88(ε/D)0,44 (Couper, 2005) = 0,094(0,0013)0,225+ 0,53(0,0013) +88(0,0013)0,44

= 0,0418 h. Tipe static mixer

Karena NRe lebih dekat ke NRe aliran turbulen (4000), digunakan:

(61)

Koefisien pencampuran (KT) = 100 – 200 (diambil rata-rata: 150) Koefisien pressure drop (KiT) = 0,21 – 0,46 (diambil rata-rata: 0,335) g. Jumlah elemen

CoVR = KiL/D (Couper, 2005)

L/D =

=

= 3,3841

Untuk elemen dengan L/D = 1, jumlah elemen yang diperlukan hanya 3 elemen karena pencampuran juga terjadi di sepanjang pipa.

h. Penurunan tekanan

ΔP = KT.ΔPpipe (Paul, 2004)

ΔPpipe = f ρ (Couper, 2005)

= 0,0418 (877,0871 kg/m3) (3) (2,3537 m/s)2/2 = 304,6579 Pa

ΔP = 150 (304,6579 Pa) = 45.698,6887 Pa (dapat diterima)

8. Static Mixer-2 (M-102)

Fungsi : mencampur NaOH, NaCl, gliserin dan H2O.

Bentuk : pipa silinder dengan modifikasi penambahan sekat Bahan konstruksi : commercial pipe steel

Temperatur = 30 °C

Tekanan = 1 atm = 14,696 psia Laju alir massa campuran (m) = 2.688,3592 kg/jam

Data komponen:

Tabel LC.2 Fraksi dan Massa Komponen Masuk Static Mixer-2 (S-102)

Komponen Fraksi Massa (kg/jam)

NaOH 0,3636 1.099,7541

(62)

NaCl 0,0149 45,0000

Gliserin 0,0134 40,0500

Perhitungan:

a. Densitas campuran(ρm)

Karena 97,1730% komponen dalam static mixer terdiri dari NaOH dan air, digunakan larutan NaOH sebagai acuan perhitungan densitas dan viskositas. Komponen yang digunakan sebagai parameter pencampuran adalah gliserin yang merupakan komponen dengan jumlah fraksi terkecil.

% NaOH =

=

= 37,4206 %

Densitas NaOH 37,4206% pada 30 °C= 1397,53 kg/m3 (Handymath, 2010) Densitas gliserin pada 30 °C= 1.254,95 kg/m3 (Perry, 1999)

ρm = = 1.395,4070 kg/m3

b. Viskositas campuran (μm)

Viskositas larutan NaOH 35% pada 30 °C = 13,4 cP (Anonim, 2004) Viskositas larutan NaOH 40% pada 30 °C = 21,8 cP (Anonim, 2004)

μNaOH (37,4206%) = 13,4 + (21,8 – 13,4)/(40-35) (37,4206 – 35) = 17,7335 cP

Viskositas gliserin pada 30 °C = 612 cP (Anonim, 2011c) Untuk cairan non organik,

(Perry,1999)

μm = exp [(1 – 0,0134) ln(17,7335 cP) + 0,0134 ln(612 cP)]

= 18,5947 cP = 0,0186 Pa.s c. Fraksi Volume (Cv)

- Laju alir volumetrik larutan non gliserin (QA)

QA = (massa total – massa gliserin)/ ρNaOH

= (3.024,4041 kg/jam – 40,05 kg/jam)/ 1.397,53 kg/m3 = 2,1354 m3/jam

- Laju alir volumetrik gliserin (QB)

(63)

= 40,05kg/jam / 1.254,95 kg/m3 = 0,0319 m3/jam

Cv =

=

= 0,0147

d. Coefficient of Variation reduction (CoVR)

CoV0 = (Paul, 2004)

CoV0 =

= 8,1318

Pencampuran dianggap sudah homogeny bila CoV = 0,05

CoVR = CoV/CoV0 (Paul, 2004)

CoVR = 0,05/8,1318

= 0,0061 e. Diameter pipa (Di)

Untuk cairan, kecepatan yang direkomendasikan adalah antara 2 m/s – 3 m/s.

Qtotal = QA + QB

= 2,1354 m3/jam+ 0,0319 m3/jam = 2,1673 m3/jam

Qtotal =

2,1673 m3/jam =

Di = 0,0175 m = 17,5103 mm Digunakan pipa standar ¾ in BWG 80. Diperoleh data:

Di = 18,85 mm = 0,0188 m (Geankoplis, 2003) A = 2,791 10-4 m2 (Geankoplis, 2003) Kecepatan fluida, v = = = 2,1570 m/s

f. Bilangan Reynolds

(64)

= = 3.042,2573 (transisi) Untuk commercial steel, diperoleh equivalent roughness (ε) = 4,6 10-5 m (Geankoplis, 2003).

= 0,0024 g. Fanning friction factor

f = 0,094(ε/D)0,225+ 0,53(ε/D) +88(ε/D)0,44 (Couper, 2005) = 0,094(0,0024)0,225+ 0,53(0,0024) +88(0,0024)0,44

= 0,0444 h. Tipe static mixer

Karena NRe lebih dekat ke NRe aliran laminar (2300), digunakan:

Tipe element : SMX (Cross Bar) Koefisien pencampuran (KL) = 37,5 Koefisien pressure drop (KiL) = 0,63 i. Jumlah elemen

CoVR = KiL/D (Couper, 2005)

L/D =

=

= 11,0203

Untuk elemen dengan L/D = 1, jumlah elemen yang diperlukan hanya 11 elemen karena pencampuran juga terjadi di sepanjang pipa.

j. Penurunan tekanan

ΔP = KL.ΔPpipe (Paul, 2004)

ΔPpipe = f ρ (Couper, 2005)

= 0,0444 (1.395,4070 kg/m3) (11) (2,1570 m/s)2/2 = 1.585,4292 Pa

ΔP = 37,5 (1.585,4292 Pa) = 59.453,5942 Pa (dapat diterima)

9. Plate Exchanger-1 (E-101)

Fungsi : memanaskan campuran asam lemak

(65)

Bahan konstruksi : CarbonSteel SA-285 grade C

Susunan pelat : susunan 2 pass – 1 pass dengan aliran berlawanan arah Jumlah : 1 unit

Spacing = 3 mm

Diameter ekuivalen (De) = 6 mm = 0,006 m Tebal pelat = 0,7 mm = 0,0007 m Lebar pelat (W) = 15 cm = 0,15 m

Perpindahan panas (Q) = 266.700.929,8748 J/jam Perbandingan massa stearin dan PKO = 4 : 1

Fluida dingin:

Massa = 7.170,3253 kg/jam

Suhumasuk (Tin) = 54,4 °C Suhukeluar (Tout) = 70 °C

Kecepatan (Vc) = 0,25 m/s Jumlah Pass = 2

Faktor Fouling (Rc) = 0,0002 – 0,00005 (diambil 0,0001) Fluida panas:

Massa = 123,3105 kg/jam

Suhumasuk/keluar (Ts) = 133,7 °C Tekanan (P) = 2 bar (g) Jumlah Pass = 1

Faktor Fouling (Rs) = 0,00003

Perhitungan:

a. Log Mean Temperature Difference (LMTD), ΔTc dan Tcav

ΔT1 = Ts – Tout = 133,7 °C – 70 °C = 63,7 °C

ΔT2 = Ts – Tin = 133,7 °C – 54,4 °C = 79,3 °C LMTD = = = 71,2 °C

ΔTc = Tout – Tin = 70 °C – 54,4 °C = 15,6 °C

(66)

Data Komponen dan Bahan

Tabel LC.3 Data Komponen dan Bahan dalam Plate Exchanger-1 (PE-101) Komponen Suhu

(oC)

Densitas (kg/m3)

Viskositas (cP/mPa.s)

Konduktivitas (W/m.K)

Stearin 62,2 869,1472 15,9123 0,1689

PKO 62,2 888,7647 12,4285 0,1520

Stearin + PKO 62,2 873,0011 15,1693 0,1636

Carbon Steel 100,0 - - 45

(Anonim, 2010; Applewhite, 1994; Burdick, 2010; Obetta, 1964; Geankoplis, 2003; Perry, 1999; Poling, 2001)

b. Jumlah unit transfer

NH = ΔTc/LMTD = 15,6 °C/ 71,2 °C = 0,2193 (Sinnot, 2005)

Diperoleh faktor koreksi LMTD, Fg = 0,99 (Sinnot, 2005) c. Jumlah saluran

A = w.spacing = 0,15 m (0,003 m) = 0,00045 m2

N = = = 20,28 ≈ 21

Untuk 2 pass:

N = 2 N = 2 21 = 42

Jumlah saluran total (n) = 2 N = 2 42 = 84 Jumlah pelat = n + 1 = 84 + 1 = 85

Fluida Dingin

d. Bilangan Reynolds

NRe = = = 86,3258 (Geankoplis, 2003)

e. Koefisien konveksi

Cp = = = 2.382,2547 J/kg.°C

NPr = = = 220,9008 (Geankoplis, 2003)

Nu = 0,37(NRe)0,67(NPr)0,34 (McCabe, 2010)

= 0,37(86,3258)0,67(220,9008)0,34 = 43,5513

hc = Nu.k/De = 43,5513 (0,1636 W/m.K)/0,006 m = 1.187,4250 W/m2.K f. Koefisien perpindahan panas

(67)

U = =

= 631,7311 W/m2.K g. Tinggi pelat

m.Cp.dT = U.A.Fg.LMTD

ρc.Vc.w.De.Cp.ΔTc = U.2.w.L.Fg.LMTD

L = = = 0,2734 m

Untuk 2 pass, L = ½ (0,2734 m) = 0,1483 m h. Pressure drop

fc = 2,5 NRe-0,3

= 2,5 (86,3258)-0,3 = 0,6563

ΔP= 2f[L/De]ρv2

= 2 (0,6563) (0,2734/0,006) (873,0011) (0,25)2 = 3.263,7014 Pa

Fluida Panas (Steam)

i. Suhu dinding

Tw = Tcav + (Ts – Tcav)

= 62,2 °C + (133,7 °C – 62,2 °C)

= 104,1 °C

Tref = (Tw + Ts)/2 = (104,1 °C + 133,7 °C)/2 = 118,9 °C

Data Air dan Steam

Tabel LC.4 Data Air dan Steam dalam Plate Exchanger-1 (PE-101) Komponen Suhu

(oC)

Densitas (kg/m3)

Air 118,9 945,0943 0,3011 0,6805

Steam 133,7 1,5542 - -

(Geankoplis, 2003)

λ = 2.162.839,527 J/kg (Geankoplis, 2003) j. Bilangan Reynolds

(68)

m.Cp.dT = m.λ (Susunan U)

ρc.Vc.A.Cp.ΔTc = ρs.Vs.A.λ (Susunan U)

Vs = = = 2,4150 m/s

Untuk susunan 2 pass – 1 pass, flow area steam 2 kali dari umpan, sehingga: Vs = ½ (2,4150 m/s) = 1,2075 m/s

NRe = = = (Geankoplis, 2003)

NRe = = 74,7830

k. Koefisien konveksi Untuk NRe< 1800, maka:

Nu = 1,13 (Geankoplis, 2003)

Dimana:

ρl = densitas kondensat pada suhu Tref

ρv = densitas uap pada Tsat

g = konstanta gravitasi (9,8 m/s2)

hfg = panas laten penguapan pada suhu Tsat

μl = viskositas kondensat pada suhu Tref

kl = konduktivitas panas kondensat pada suhu Tref

ΔT = beda suhu uap dan dinding = Ts – Tw

Nu = 1,13

= 1,13 = 337,5355

hs = Nu.kl/L = 337,5355 (0,6805/0,1367) = 1.680,0423 W/m2.K

Karena hs hitung ≈ hs estimasi, maka perhitungan dengan nilai hs estimasi dapat diterima.

l. Pressure drop

NRe = = = 37,3915

(69)

= 2,5 (37,3915)-0,3 = 0,8435

ΔP= 2f[L/De]ρv2

= 2 (0,8435) (0,1367/0,006) (1,5542) (1,2075)2 = 87,1105 Pa

10.Plate Exchanger-2 (E-102)

Fungsi : memanaskan campuran NaOH, NaCl, gliserin dan H2O

Bentuk : balok berisi pelat-pelat tipis yang tersusun vertikal Bahan konstruksi : StainSteel SA-240grade 304

Susunan pelat : susunan 4 pass – 2 pass dengan aliran berlawanan arah Jumlah : 1 unit

Spacing = 3 mm

Diameter ekuivalen (De) = 6 mm = 0,006 m Tebal pelat = 0,7 mm = 0,0007 m Lebar pelat (W) = 15 cm = 0,15 m

Perpindahan panas (Q) = 365.299.331,8500 J/jam Fraksi massa larutan NaOH dan NaCl = 0,9866

Fluida dingin:

Massa = 3.024,4041 kg/jam

Suhumasuk (Tin) = 30 °C Suhukeluar (Tout) = 70 °C

Kecepatan (Vc) = 0,2 m/s Jumlah Pass = 4

Faktor Fouling (Rc) = 0,0002 – 0,00005 (diambil 0,0001) Fluida panas:

Massa = 168,8980 kg/jam

(70)

Faktor Fouling (Rs) = 0,00003

Perhitungan:

a. Log Mean Temperature Difference (LMTD), ΔTc dan Tcav

ΔT1 = Ts – Tout = 133,7 °C – 70 °C = 63,7 °C

ΔT2 = Ts – Tin = 133,7 °C – 30 °C = 103,7 °C

LMTD = = = 82,1 °C

ΔTc = Tout – Tin = 70 °C – 30 °C = 40 °C

Tcav = (Tout + Tin)/2 = (70 °C + 30 °C)/2 = 50 °C

Data Komponen dan Bahan

Tabel LC.5 Data Komponen dan Bahan dalam Plate Exchanger-2 (PE-102) Komponen Suhu

(oC)

Densitas (kg/m3)

NaOH 37,4206% 50 1384,1100 7,0000 0,6629

Gliserin 50 1261,0000 142,0000 0,2838

Campuran 50 1357,6018 7,2879 0,5434

Stainless Steel 50 - - 15,05

(Anonim, 2004; 2009a; 2011c; Geankoplis, 2003; Handymath, 2010; Perry, 1999; Poling, 2001; Wikipedia, 2011)

b. Jumlah unit transfer

NH = ΔTc/LMTD = 40 °C/ 82,1 °C = 0,4874 (Sinnot, 2005)

Diperoleh faktor koreksi LMTD, Fg = 0,99 (Sinnot, 2005) c. Jumlah saluran

A = w.spacing = 0,15 m (0,003 m) = 0,00045 m2

N = = = 6,87 ≈ 7

Untuk 4 pass:

N = 4 N = 4 7 = 28

(71)

Fluida Dingin

d. Bilangan Reynolds

NRe = = = 223,5378 (Geankoplis, 2003)

e. Koefisien konveksi

Cp = = = 3.019,5976 J/kg.°C

NPr = = = 40,4979 (Geankoplis, 2003)

Nu = 0,37(NRe)0,67(NPr)0,34 (McCabe, 2010)

= 0,37(223,5378)0,67(40,4979)0,34 = 47,0673

hc = Nu.k/De = 47,0673 (0,5434 W/m.K)/0,006 m = 4.262,7269 W/m2.K f. Koefisien perpindahan panas

Estimasi: hs = 1.369 W/m2.K U =

=

= 875,9916 W/m2.K g. Tinggi pelat

m.Cp.dT = U.A.Fg.LMTD

ρc.Vc.w.De.Cp.ΔTc = U.2.w.L.Fg.LMTD

L = = = 0,6912 m

Untuk 4 pass, L = ¼ (0,6912 m) = 0,1728 m Untuk 2 pass, L = ½ (0,6912 m) = 0,3456 m h. Pressure drop

fc = 2,5 NRe-0,3

= 2,5 (223,5378)-0,3 = 0,4933

ΔP= 2f[L/De]ρv2

= 2 (0,4933) (0,6912/0,006) (1.357,6018) (0,2)2 = 6.172,2305 Pa

(72)

i. Suhu dinding

Tw = Tcav + (Ts – Tcav)

= 50 °C + (133,7 °C – 50 °C)

= 70,3 °C

Tref = (Tw + Ts)/2 = (70,3 °C + 133,7 °C)/2 = 102,0 °C

Data Air dan Steam

Tabel LC.4 Data Air dan Steam dalam Plate Exchanger-1 (PE-101) Komponen Suhu

(oC)

Densitas (kg/m3)

Air 102,0 953,8118 0,2596 0,6825

Steam 133,7 1,5542 0,0116 -

(Geankoplis, 2003)

λ = 2.162.839,527 J/kg (Geankoplis, 2003)

j. Bilangan Reynolds - Kecepatan steam

m.Cp.dT = m.λ (Susunan U)

ρc.Vc.A.Cp.ΔTc = ρs.Vs.A.λ (Susunan U)

Vs = = = 9,7564 m/s

Untuk susunan 4 pass – 2 pass, flow area steam 2 kali dari umpan, sehingga: Vs = ½ (9,7564 m/s) = 4,8782 m/s

NRe = = = (Geankoplis, 2003)

= = 350,4934

k. Koefisien konveksi Untuk NRe< 1800, maka:

Nu = 1,13 (Geankoplis, 2003)

Dimana:

ρl = densitas kondensat pada suhu Tref

ρv = densitas uap (ρv dapat diabaikan karena sangat kecil disbanding ρl)

g = konstanta gravitasi (9,8 m/s2)

(73)

μl = viskositas kondensat pada suhu Tref

kl = konduktivitas panas kondensat pada suhu Tref

ΔT = beda suhu uap dan dinding = Ts – Tw

Nu = 1,13 <