Rumus molekul BM (kg.kmol

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Basis perhitungan = 1 jam operasi Satuan operasi = kg/jam Waktu operasi per tahun = 350 hari

Kapasitas produksi = 2.000 ton/tahun

Kapasitas per jam = 

  

      

      

 

ton kg jam

hari hari

tahun tahun

ton

1 1000 24

1 350

1 000

. 2

= 238,0952 kg/jam Kemurnian produk = 99,7903%

Tabel LA.1 Berat Molekul Senyawa-Senyawa Kimia

F = Laju alir massa (kg/jam)

W = Fraksi massa

N = Laju alir mol (kmol/jam)

X = Fraksi mol

No. Senyawa Rumus molekul BM (kg.kmol-1)

1. Benzil Sianida C6H5CH2CN 117,15

2. Asam Sulfat H2SO4 98,08

3. Air H2O 18,02

4. Asam Fenil Asetat C6H5CH2COOH 136,15

(2)

Mix Point

 Benzil Sianida (C6H5CH2CN)

19

4

14 1

Neraca massa total : F1 + F14 + F19 = F4 Ftotal = Fbenzil + Fair = 287,5248 kg

F4benzil = 0,99 x 287,5248 kg = 284,6495 kg

F19 = 49,9226 kg

F14 = 6,0219 kg

F1 = F4– F19– F14

F1 = 284,6495 kg – 49,9226 kg – 6,0219 kg

F1 = 228,7051 kg

 Air Proses

19

5

14 2

Neraca massa total : F2 + F14 + F19 = F5

Di dalam reaktor rasio massa C6H5CH2CN : H2O = 1 : 1,643 F5 = 1,643 x 287,5248 kg = 472,4032 kg

F14 = 401,4589 kg F19 = 24,5791 kg F2 = F5– F14– F19

F2 = 472,4032 kg – 401,4589 kg – 24,5791 kg

(3)

 Asam Sulfat (H2SO4) 98%

5

14 3

Neraca massa total : F3 + F14 = F5

Di dalam reaktor rasio massa C6H5CH2CN : H2SO4 = 1 : 2,208 F5 = 2,208 x 287,5248 kg = 634,8547 kg

Ftotal = Fas.sulfat + Fair = 634,8547 kg F5sulfat = 0,98 x 634,8547

F5sulfat = 622,1576 kg F14sulfat = 427,8595 kg F3 = F5– F14

F3 = 622,1576 kg – 427,8595 kg

F3 = 194,2981 kg

A.1 Mixer (M-01)

Tempat untuk mencampurkan asam sulfat 98% dan air.

M-01

5 3 2

Air Asam Sulfat 98%

Asam Sulfat Air

Analisa derajat kebebasan adalah : Banyaknya :

- variabel alur 5

- persamaan neraca TTSL (5 komponen) 2 - alur yang terspesifikasi 3

- hubungan pembantu 0

-5

(4)

Alur 2

Umpan masuk (F2) = 1,643 x F1 - Air (H2O)

F2H2O = 472,4032 kg

N2H2O = 472,4032 kg : 18,02 kg/kmol N2H2O = 26,2155 kmol

Alur 3

Umpan masuk (F3) = 2,208 x F1 - Asam Sulfat (H2SO4) 98%

F3H2SO4 = 634,8547 kg x 98% F3H2SO4 = 622,1576 kg

N3H2SO4 = 622,1576 kg : 98,08 kg/kmol N3H2SO4 = 6,3434 kmol

- Air (H2O) 2%

F3H2O = F3– F3H2SO4

F3H2O = 634,8547 kg – 622,1576 kg F3H2O = 12,6971 kg

Alur 5

- Asam Sulfat (H2SO4)

F5H2SO4 = F3H2SO4 F5H2SO4 = 622,1576 kg

- Air (H2O)

F5H2O = F2 + F3H2O

(5)

F5H2O = 485,1003 kg

Tabel LA.2 Neraca Massa Mixer (M-01)

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 2 Alur 3 Alur 5

Asam Sulfat Air

- 472,4032

622,1576 12,6971

622,1576 485,1003

Sub Total 472,4032 634,8547 1.107,2579

Total 1.107,2579 1.107,2579

A.2 Reaktor (R-01)

Tempat untuk mereaksikan benzil sianida 99%, asam sulfat 98% dan air dengan perbandingan massa asam benzil sianida : asam sulfat : air = 1 : 2,208 : 1,643 untuk menghasilkan asam fenil asetat pada suhu 90oC selama 3 jam dan konversi reaksi sebesar 80% terhadap benzil sianida (Kamm dan Matthews, 1922), dengan persamaan reaksi :

Benzil Sianida Asam Sulfat Air

Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat 4

5 Asam Sulfat 19,0701%

Benzil Sianida

R-01

6

4 4 2

5 6 4 2 2

2 5

6H CH CN 2H O H SO C H CH COOH NH HSO

(6)

- variabel alur 9

-9

Derajat kebebasan 0

Maka Neraca Massa pada Reaktor (R-01) Alur 4

Umpan masuk (F4) = 287,5248 kg - Benzil Sianida (C6H5CH2CN)

F4C6H5CH2CN = 99% x 287,5248 kg F4C6H5CH2CN = 284,6495 kg

N4C6H5CH2CN = 284,6495 kg : 117,15 kg/kmol N4C6H5CH2CN = 2,4298 kmol

- Air (H2O)

F4H2O = F4– F4C6H5CH2CN

F4H2O = 287,5248 kg – 284,6495 kg F4H2O = 2,8752 kg

Alur 5

F5H2SO4 = 622,1576 kg

- Air (H2O)

(7)

Alur 6

9438 , 1 1

4298 , 2 8 , 0 .

2 5 6

 

  

 X N x

r

CN CH H C

CN CH H C in

 kmol

Neraca masing-masing komponen : - Benzil Sianida (C6H5CH2CN)

N6C6H5CH2CN = N4C6H5CH2CN – r

N6C6H5CH2CN = 2,4298 kmol – 1,9438 kmol N6C6H5CH2CN = 0,486 kmol

F6C6H5CH2CN = 0,486 kmol x 117,15 kg/kmol F6C6H5CH2CN = 56,9299 kg

- Air (H2O)

N6H2O = (N4H2O + N5H2O) – 2r

N6H2O = (0,1596 + 26,9201) – 2 x 1,9438 N6H2O = 23,1920 kmol

F6H2O = 23,1920 kmol x 18,02 kg/kmol F6H2O = 417,9199 kg

N6H2SO4 = N5H2SO4 – r

N6H2SO4 = 6,3434 kmol – 1,9438 kmol N6H2SO4 = 4,3995 kmol

F6H2SO4 = 4,3995 kmol x 98,08 kg/kmol F6H2SO4 = 431,5068 kg

(8)

F6C6H5CH2COOH = 1,9438 kmol x 136,15 kg/mol F6C6H5CH2COOH = 264,6524 kg

- Ammonium Bisulfat (NH4HSO4) N6NH4HSO4 = Nin NH4HSO4 + r N6NH4HSO4 = 0 + 1,9438 kmol N6NH4HSO4 = 1,9438 kmol

F6NH4HSO4 = 1,9438 kmol x 115,11 kg/mol F6NH4HSO4 = 223,7542 kg

Tabel LA.3 Neraca Massa Reaktor (R-01)

Alur 4 Alur 5 Alur 6

Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat

284,6495 - 2,8752

- -

- 622,1576 485,1003

- -

56,9299 431,5068 417,9199 264,6524 223,7542

Sub Total 287,5248 1.107,2579 1.394,7633

Total 1.394,7827 1.394,7633

A.3 Washing (W-01)

Tempat untuk melarutkan pengotor-pengotor dan reaktan yang tidak habis bereaksi dengan menambahkan air panas bersuhu 80oC dengan perbandingan air : bahan campuran = 1 : 1,6978 (Kamm dan Matthews, 1922).

W-01 7

8

9 Benzil Sianida Asam Sulfat Air

Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat Benzil Sianida

Asam Sulfat Air

Air

(9)

- variabel alur 11 - persamaan neraca TTSL (5 komponen) 5

- alur yang terspesifikasi 5

-11

Derajat kebebasan 0

Maka Neraca Massa pada Washing (W-01) Alur 7

- Benzil Sianida (C6H5CH2CN) F7C6H5CH2CN = 56,9299 kg

- Air (H2O)

F7H2O = 417,9199 kg

F7H2SO4 = 431,5068 kg

- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH) F7C6H5CH2COOH = 264,6524 kg

N7C6H5CH2COOH = 264,6524 kg : 136,15 kg/mol N7C6H5CH2COOH = 1,9438 kmol

(10)

N7NH4HSO4 = 223,7542 kg : 115,11 kg/mol N7NH4HSO4 = 1,9438 kmol

F7 = F7C6H5CH2CN + F7H2O + F7H2SO4 + F7C6H5CH2COOH + F7NH4HSO4

F7 = 1.394,7633 kg

Alur 8

Perbandingan air dengan hasil keluaran reaktor pada alur 7 adalah 1 : 1,6978 Air pencuci dibutuhkan (F8) = F 1.394,7633kg

6978 , 1

1 6978

, 1

1  7  

F8 = 821,5121 kg

N8H2O = 821,5121 kg : 18,02 kg/kmol

N8H2O = 45,5889 kmol

Alur 9

- Benzil Sianida (C6H5CH2CN) F9C6H5CH2CN = F7C6H5CH2CN F9C6H5CH2CN = 56,9299 kg

F9H2SO4 = F7H2SO4 F9H2SO4 = 431,5068 kg

N9H2SO4 = 4,3995 kmol : 98,08 kg/kmol N9H2SO4 = 4,3995 kmol

- Air (H2O)

F9H2O = F7H2O + F8H2O

F9H2O = 417,9199 kg + 821,5121 kg F9H2O = 1.239,4321 kg

(11)

N9H2O = 68,7809 kmol

- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH) F9C6H5CH2COOH = F7C6H5CH2COOH F9C6H5CH2COOH = 264,6524 kg

- Ammonium Bisulfat (NH4HSO4) F9NH4HSO4 = F7NH4HSO4 F9NH4HSO4 = 223,7542 kg

Tabel LA.4 Neraca Massa Washing (W-01)

Alur 7 Alur 8 Alur 9

56,9299 431,5068 417,9199 264,6524 223,7542

- - 821,5121

- -

56,9299 431,5068 1.239,4321

264,6524 223,7542

Sub Total 1.394,7633 821,5121 2.216,2754

Total 2.216,2754 2.216,2754

A.4 Filter Press (F-01)

(12)

9 10

11

F-01 Benzil Sianida

Asam Sulfat Air

Asam Fenil Asetat Benzil Sianida

Asam Sulfat Air

- variabel alur 14

-14

Derajat kebebasan 0

Alur 9

- Benzil Sianida (C6H5CH2CN) F9C6H5CH2CN = 56,9299 kg

F9H2SO4 = 431,5068 kg

- Air (H2O)

F9H2O = 1.239,4321 kg

(13)

- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH) F9C6H5CH2COOH = 264,6524 kg

- Ammonium Bisulfat (NH4HSO4) F9NH4HSO4 = 223,7542 kg

Karena kelembaban akhir endapan (cake) adalah 7% dari total berat keseluruhan cake, maka diasumsikan bahwasanya ada cairan yang terdiri dari benzil sianida, asam sulfat, asam fenil asetat, dan air yang tertinggal pada cake dengan konsentrasi yang sama dengan alur 9. Banyaknya cairan yang tertinggal dapat dihitung dengan :

0,07 =

endapan berat

cairan berat



0,07 =

7542 , 223



x x

15,6628 = 0,93 x berat cairan Berat cairan = 16,8417 kg/jam

Untuk menghitung komposisi masing-masing cairan yang tertinggal dapat dilihat pada perhitungan berikut ini :

Tabel LA.5 Komposisi Cairan di Alur 9 Tanpa Kristal

Dengan demikian, komposisi cairan yang tertinggal di alur 11 dapat dihitung. Komponen Berat (kg.jam-1) Fraksi Massa (w)

Benzil Sianida 56,9299 0,0286

Asam Sulfat 431,5068 0,2166

Air 1.239,4321 0,6220

Asam Fenil Asetat 264,6524 0,1328

(14)

Alur 11

- Benzil Sianida (C6H5CH2CN)

F11C6H5CH2CN = 0,0286 x 16,8417 kg F11C6H5CH2CN = 0,4812 kg

F11H2SO4 = 0,2166 x 16,8417 kg F11H2SO4 = 3,6473 kg

- Air (H2O)

F11H2O = 0,6220 x 16,8417 kg F11H2O = 10,4763 kg

- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH) F11C6H5CH2COOH = 0,1328 x 16,8417 kg F11C6H5CH2COOH = 2,2370 kg

Alur 10

F10C6H5CH2CN = F9C6H5CH2CN – F11C6H5CH2CN F10C6H5CH2CN = 56,9299 kg – 0,4812 kg F10C6H5CH2CN = 56,4487 kg

(15)

F10H2SO4 = F9H2SO4 – F11H2SO4 F10H2SO4 = 431,5068 kg – 3,6473 kg F10H2SO4 = 427,8595 kg

- Air (H2O)

F10H2O = F9H2O – F11H2O

F10H2O = 1.239,4321 kg – 10,4763 kg F10H2O = 1.228,9558 kg

N10H2O = 1.228,9558 kg : 18,02 kg/kmol N10H2O = 68,1995 kmol

- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH)

F10C6H5CH2COOH = F9C6H5CH2COOH – F11C6H5CH2COOH F10C6H5CH2COOH = 264,6524 kg – 2,2370 kg F10C6H5CH2COOH = 262,4154 kg

Tabel LA.6 Neraca Massa Filter (F-01)

Alur 9 Alur 10 Alur 11

56,9299 431,5068 1.239,4321

264,6524 223,7542

56,4487 427,8595 1.228,9558

262,4154 0

0,4812 3,6473 10,4763

2,2370 223,7542

Sub Total 2.216,2754 1.975,6795 240,5959

(16)

A.5 Dekanter (D-01)

Tempat untuk memurnikan produk dengan cara memisahkan asam sulfat dari campuran produk alur 10 berdasarkan perbedaan massa jenis dengan efisiensi 98% terhadap air. Sehingga masih terdapat kandungan air sebesar 2% yang terikut pada produk alur 14. Dan sepertiga keluaran dari heavy phase dekanter diumpankan ke reaktor kembali, kemudian sisanya dialirkan ke pengolahan limbah.

D-01 Benzil Sianida

Asam Sulfat Air

Asam Fenil Asetat

10

13

14

Benzil Sianida Air

Asam Fenil Asetat

- variabel alur 11

-11

Derajat kebebasan 0

Maka neraca massa pada dekanter (D-01) Tabel LA.7 Kelarutan dalam Air

(Tabel 2-122 Perry dan Green, 1997)

Alur-14

F14H2SO4 = F10H2SO4 F14H2SO4 = 427,8595 kg

N14H2SO4 = 427,8595 kg : 98,08 kg/kmol

Komponen Kelarutan/100 gram H2O

Benzil Sianida 0,5000

Asam Sulfat Infinity

Air -

(17)

N14H2SO4 = 4,3624 kmol

- Air (H2O)

F14H2O = 98% x F10H2O

F14H2O = 98% x 1.228,9558 kg F14H2O = 1.204,3767 kg

N14H2O = 1.204,3767 kg : 18,02 kg/kmol N14H2O = 66,8356 kmol

F14C6H5CH2CN = 0,5000 x 1.204,3767/100 F14C6H5CH2CN = 6,0219 kg

F14C6H5CH2COOH = 1,6600 x 1.204,3767/100 F14C6H5CH2COOH = 19,9927 kg

Alur-13 - Air (H2O)

F13H2O = F10H2O – F14H2O

F13H2O = 1.228,9558 kg – 1.204,3767 kg F13H2O = 24,5791 kg

(18)

F13C6H5CH2CN = 50,4268 kg

F13C6H5CH2COOH = F10C6H5CH2COOH – F14C6H5CH2COOH F13C6H5CH2COOH = 262,4154 kg – 19,9927 kg F13C6H5CH2COOH = 242,4228 kg

Tabel LA.8 Neraca Massa Dekanter (D-01)

Alur 10 Alur 13 Alur 14

Asam Fenil Asetat

56,4487 427,8595 1.228,9558

262,4154

50,4268 0 24,5791

242,4228

6,0219 427,8595 1.204,3767

19,9927 Sub Total 1.975,6795 317,4287 1.658,2508

Total 1.975,6795 1.975,6795

A.6 Menara Destilasi (MD-01)

Tempat untuk memurnikan asam fenil asetat dengan cara memisahkannya dari air dan Benzil sianida. Prinsip peristiwa perpindahan :

Perbedaan komposisi fasa cair dan fasa uap setiap zat dalam campuran pada saat kesetimbangan atau perbedaan titik didih (boiling point)/tekanan uap (vapor pressure) setiap zat dalam campuran pada kondisi operasi alat (Walas, 1988). Perpindahan yang terjadi saat campuran mencapai kesetimbangan, zat dengan komposisi fasa cair yang lebih banyak akan berada pada bagian bottom sedangkan zat dengan komposisi fasa uap yang lebih banyak akan berada di bagian atas (menguap) (Geankoplis, 1997).

Dimana :

(19)

Air (H2O) : 100oC Asam Fenil Asetat : 265,5oC

MD-01

18

15

22

Air Benzil Sianida Asam Fenil Asetat

Benzil Sianida Asam Fenil Asetat

- variabel alur 8

-8

Derajat kebebasan 0

Maka neraca massa pada destilasi (MD-01)

Penentuan Titik Didih Umpan

Titik didih umpan masuk ke kolom destilasi Trial T = 196,85oC = 470 K

Asumsi : Tekanan (P) = 1 atm = 101,325 kPa

Tekanan uap masing – masing komponen, dapat dihitung dengan persamaan Antoine (Perry dan Green, 1997) Keterangan :

Po = tekanan uap murni komponen A,B,C,D,E = konstanta Antoine

T = temperatur (K)

F o

ET + DlnT + C + T

B + A = (kPa) P

(20)

Tabel LA.9 Konstanta Antoine Komponen

Komponen Konstanta Antoine

A B C D E F

Benzil Sianida Air

Asam Fenil Asetat

65,93 67,74 57,98

-7,23E+03 -9,61E+03 -9,13E+03

0 0 0

-7,18E+00 -7,11E+00 -5,79E+00

4,03E-06 2,06E-18 1,15E-18

2,00E+00 6,00E+00 6,00E+00 (Perry dan Green, 1997; Software Chemcad)

Diasumsikan cairan ideal, sehingga mengikuti hukum Raoult Dalton

(Smith, dkk., 2005)

Ditrial T sehingga ∑yi = 1

Tabel LA.10 Trial Titik Didih Umpan Kolom Destilasi

Komponen Fi, kmol/jam xi ln Po Po, kPa yi H2O

C6H5CH2CN (LK) C6H5CH2COOH (HK)

1,3640 0,4304 1,7806

0,3815 0,1204 0,4981

6,37E+00 3,55E+00 2,96E+00

584,2962 34,9810 19,3128

4,7432E-01 8,9614E-05 2,0466-03

Σ 3.5750 1 1

 Dipilih Light Key Component = C6H5CH2CN

 Dipilih Heavy Key Component = C6H5CH2COOH

Karena ∑yi = 1 maka titik didih umpan adalah 196,85oC Tumpan = 196,85oC + 273 = 470 K

Penentuan titik embun dan titik gelembung bottom Trial I :

Asumsi :

 Tidak ada air dalam bottom

 Diinginkan 99% Benzil sianida dipulihkan di destilat

 Diinginkan 99% asam fenil asetat dipulihkan di bottom i

i t o

i

o i. t i

k.x = x P P = y

(21)

Tabel LA.11 Laju Alir Setiap Alur

Komponen Umpan (15) Destilat (18) Bottom (22) kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam Air

24,5791 1,3640 24,5791 1,3640 0 0

50,4268 0,4304 49,9225 0,4261 0,5043 0,0043 242,4228 1,7806 2,4242 0,0178 239,9986 1,7628 Total 317,4287 3,5750 76,9259 1,8079 240,5028 1,7671 Penentuan Titik Embun Destilat dan Titik Gelembung Bottom

 Penentuan titik embun destilat (dew point) T = 183,83oC = 456,98 K

Asumsi : Tekanan (P) = 0,9 atm = 91,1925 kPa

Tabel LA.12 Trial Titik Embun Destilat Kolom Destilasi Komponen Di yi ln P

o

Po K=Po/Pt α yi/α xi

Air 1,3640 0,7544 6,98 1070,2906 11,737 82,0997 0,0092 0,062

Benzil Sianida 0,4261 0,2357 3,17 23,7677 0,261 1,8232 0,1293 0,8716

Asam Fenil Asetat 0,0178 0,0098 2,57 13,0365 0,143 1,000 0,0098 0,0664

Total 1,8079 1,000 0,1483 1,0000

Harga Kc perhitungan = harga Kc pada 183,83oC (dew point)

 Penentuan titik gelembung bottom (bubble point) T = 267,85oC = 541 K

Asumsi : Tekanan (P) = 1,1 atm = 111,4575 kPa

Tabel LA.13 Trial Titik Gelembung Bottom Kolom Destilasi Komponen Bi xi ln P

o

Po K=Pi/Pt αxi α yi

Benzil Sianida 0,0043 0,0024 5,2683 194,0951 1,7414 0,0042 1,7418 0,0042

Asam Fenil Asetat 1,7628 0,9976 4,7134 111,4313 0,9998 0,9976 1,0000 0,9958

Total 1,7671 1.0000 1,0018 1,0000

Kc = 1/∑αxi = 1/1 = 1

Harga Kc perhitungan = harga Kc pada 267,85oC (bubble point)

Cek Pemilihan LK dan HK

(22)

Dengan :

DK = nilai yang menunjukkan komponen terdistribusi atau tidak

αi = relative volatility komponen i terhadap komponen heavy key

αlk = relative volatility komponen light key terhadap komponen heavy key

XlkD = fraksi mol komponen light key di distilat XlkF = fraksi mol komponen light key di umpan D = jumlah distilat, kmol/jam

F = jumlah umpan, kmol/jam

XhkD = fraksi mol komponen heavy key di distilat XhkF = fraksi mol komponen heavy key di umpan Ki = koefisien aktivitas komponen i

Khk = koefisien aktivitas komponen heavy key

Dengan batasan DK untuk komponen terdistribusi adalah 0,01 < DK < 0,99 dan tidak terdistribusi apabila DK < -0,01 atau DK > 1,01

XlkD. D = 0,4261 ZlkF. F = 0,4304 XhkD. D = 0,0178 ZhkF. F = 1,7806

Tabel LA.14 Cek Pemilihan LK dan HK

Komponen Zi αD αB αavg F1 F2 DK

Air 0,3815 82,0997 0,0000 41,0499 50,6698 -0,5018 50,1680 Benzil Sianida 0,1204 1,8232 1,7418 1,7825 0,9900 0,0000 0,9900 Asam Fenil Asetat 0,4981 1,0000 1,0000 1,0000 0,0000 0,0100 0,0100 Dari hasil perhitungan di atas, pemilihan light key dan heavy key sudah benar

A.7 Kondensor (CD-01)

Untuk menurunkan temperatur destilat yang berasal dari kolom destilasi serta mengubah fasanya menjadi cair.

16

18

17 _CD-01

2 1 lk

i lk

lk

i _.

1

-α

. 1

-α

1

-α

F F F Z

D X F

Z D X DK

hkF hkD

lkF

lkD   

(23)

- variabel alur 9

-9

Derajat kebebasan 0

Maka neraca massa pada kondensor (CD-01)

Menghitung laju refluks destilat (R) :

Laju refluks destilat dihitung menggunakan metode Underwood :

1 1

   

   

Rm X

q X

i iD i

i iF i

  

(Geankoplis, 1997)

Karena umpan dimasukkanndi kondensor adalah zat cair jenuh, maka q = 1 sehingga

0

  

  

i iF

i X

Dengan cara trial dan error didapat θ Trial θ = 1,4649

Tabel LA.15 Omega Point Destilasi

Komponen XiF αi _ _



 

i iF i X

XiD _ _



 

i iD i X

Air 0,3815 41,0499 0,3957 0,7544 0,7824

Benzil Sianida 0,1204 1,7825 0,6758 0,2357 1,3229 Asam Fenil Asetat 0,4981 1,0000 -1,0713 0,0098 -0,0212

Total 1 0,0001 ≈ 0 1,0000 2,1052

Maka: Rm + 1 = 2,1052 Rm = 1,1052

(24)

Refluks Destilat :

LD = RD x D (McCabe, dkk., 1999)

LD = 1,6578 x 1,8079 kmol/jam LD = 2,9972 kmol/jam

VD = LD + D

LD = 2,9972 kmol/jam + 1,8079 kmol/jam LD = 4,8051 kmol/jam

Komposisi komponen keluar kondensor sebagai destilat :

Alur 18 (D)

Tabel LA.16 Komposisi Komponen Destilat

Komponen BM kmol/jam Fraksi Mol

Air 18,02 1,3640 0,7544

Benzil Sianida 117,15 0,4261 0,2357

Asam Fenil Asetat 136,15 0,0178 0,0098

Total 1,8079 1,0000

Komposisi :

H2O _{: X}18_H2O _{= X}Vd_H2O _{= X}Ld_H2O _{= 0,7544}

C6H5CH2CN : X18C6H5CH2CN = XVdC6H5CH2CN = XLdC6H5CH2CN = 0,2357 C6H5CH2COOH : X18C6H5CH2COOH = XVdC6H5CH2COOH = XLdC6H5CH2COOH = 0,0098

Alur 16 (VD)

Total : N16 = N17 + N18 = 4,8051 kmol/jam

N16H2O = 0,7544 x 4,8051 kmol/jam

N16H2O = 3,6252 kmol/jam

N16C6H5CH2CN = 0,2357 x 4,8051 kmol/jam N16C6H5CH2CN = 1,1326 kmol/jam

(25)

Alur 17 (LD)

Total : N17 = N16– N18 = 2,9972 kmol/jam

N17H2O = 0,7544 x 2,9972 kmol/jam

N17H2O = 2,2612 kmol/jam

N17C6H5CH2COOH = 0,0098 x 2,9972 kmol/jam N17C6H5CH2COOH = 0,0295 kmol/jam

Tabel LA.17 Neraca Massa Kondensor (CD-01)

Komponen VD (16) LD (17) D (18)

kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam

Air 65,3264 3,6252 40,7473 2,2612 49,9226 1,3640

Benzil Sianida 132,6842 1,1326 82,7616 0,7065 24,5791 0,4261 Asam Fenil Asetat 6,4431 0,0473 4,0189 0,0295 2,4242 0,0178 Total 204,4537 4,8051 127,5278 2,9972 76,9259 1,8079

A.8 Reboiler (RB-01)

Untuk menaikkan temperatur campuran sampai ke titik didihnya sebelum dimasukkan ke kolom destilasi.

21

22

20 RB-01

- variabel alur 6

-6

(26)

Maka neraca massa pada reboiler (RB-01)

Berdasarkan Geankoplis (1997), untuk kondisi umpan masuk dalam keadaan bubble point (cair jenuh) sehingga q = 1

VD = VB + (1 – q) F

VD = V B = 4,8051 kmol/jam LB = VB + B

LB = 4,8051 kmol/jam + 1,7671 kmol/jam LB = 6,5722 kmol/jam

Alur 22 (B)

Tabel LA.18 Komposisi Komponen Bottom

Komponen BM kmol/jam Fraksi Mol Benzil Sianida 117,15 0,0043 0,0024 Asam Fenil Asetat 136,15 1,7628 0,9976

Total 1,7671 1,0000

Komposisi :

C6H5CH2CN : X22C6H5CH2CN = XVbC6H5CH2CN = XLbC6H5CH2CN = 0,0024 C6H5CH2COOH : X22C6H5CH2COOH = XVbC6H5CH2COOH = XLbC6H5CH2COOH = 0,9976

Alur 20 (LB)

Total : N20 = N21 + N22 = 6,5722 kmol/jam

N20C6H5CH2COOH = 0,9976 x 6,5722 kmol/jam N20C6H5CH2COOH = 6,5562 kmol/jam

Alur 21 (VB)

Total : N21 = N20– N22 = 4,8051 kmol/jam

(27)

Tabel LA.19 Neraca Massa Reboiler (RB-01)

Komponen LB (20) VB (21) B (22)

kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam kg/jam kmol/jam Benzil Sianida 1,8755 0,0160 1,3717 0,0117 0,5043 0,0043 Asam Fenil Asetat 892,6246 6,5562 652,6261 4,7934 239,9985 1,7628 Total 894,5001 6,5722 653,9973 4,8051 240,5028 1,7671

A.9 Prilling Tower (PT-01)

Untuk mengkristalkan asam fenil asetat sebanyak 240,5028 kg/jam yang keluar dari menara destilasi pada bottom produk. Menara dengan aliran udara dingin dari bawah.

Udara Basah

Udara Kering Pendingin 23

25 PT-01

- variabel alur 4

-4

Derajat kebebasan 0

Maka neraca massa pada prilling tower (PT-01)

Asumsi efisiensi pembentukan butiran terbentuk, artinya semua alur 25 akan membentuk butiran asam fenil asetat.

(28)

Tabel LA.20 Neraca Massa Prilling Tower (PT-01)

Komponen Masuk (23) Keluar (25)

F (kg/jam) N (kmol/jam) F (kg/jam) N (kmol/jam)

Benzil Sianida 0,5043 0,0043 0,5043 0,0043

Asam Fenil Asetat 239,9985 1,7628 239,9985 1,7628

Total 240,5028 1,7671 240,5028 1,7671

A.10 Ball Mill (BM-01)

Untuk memperkecil ukuran kristal yang terbentuk sebelum dilakukan pengayakan.

27 BM-01

25

- variabel alur 4

-4

Derajat kebebasan 0

Maka neraca massa pada ball mill (BM-01) Neraca Massa : F25 = F27

Tabel LA.21 Neraca Massa Ball Mill (BM-01)

Komponen Masuk (25) Keluar (27)

F (kg/jam) N (kmol/jam) F (kg/jam) N (kmol/jam)

Benzil Sianida 0,5043 0,0043 0,5043 0,0043

(29)

A.11 Screening (SC-01)

Untuk menghasilkan ukuran produk yang seragam. Ukuran asam fenil asetat yang dijual di pasaran berkisar 0,5 mm.

28

27 29

- variabel alur 6

-6

Derajat kebebasan 0

Maka neraca massa pada screening (SC-01) Neraca Massa : F27 = F28 + F29

Asumsi : sisa asam fenil asetat dalam ayakan 1 % dari umpan masuk

Alur 28

F28C6H5CH2CN = 0,99 x 0,5043 kg F28C6H5CH2CN = 0,4992 kg

- Asam Fenil Asetat (C6H5CH2COOH) F28C6H5CH2COOH = 0,99 x 239,9985 F28C6H5CH2COOH = 237, 5986 kg

(30)

Alur 29

F29C6H5CH2CN = F27C6H5CH2CN – F28C6H5CH2CN F29C6H5CH2CN = 0,5043 kg – 0,4992 kg F29C6H5CH2CN = 0,0050 kg

F29C6H5CH2COOH = F27C6H5CH2COOH – F28C6H5CH2COOH F29C6H5CH2COOH = 239, 9985 kg – 237, 5986 kg F29C6H5CH2COOH = 2,4000 kg

Tabel LA.22 Neraca Massa Screening (SC-01)

Alur 27 Alur 28 Alur 29

Benzil Sianida 0,5043 0,0050 0,4992

Asam Fenil Asetat 239,9985 2,4000 237,5986

Sub Total 240,5028 2,4050 238,0978

(31)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Basis perhitungan = 1 jam

Satuan panas = kiloJoule/jam (kJ/jam) Temperatur referensi = 25oC (298,15 K)

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

(Smith, dkk., 2005) - Perhitungan panas penguapan

(Smith, dkk., 2005) Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) :

Cp = a + bT + cT2 + dT3

Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :

)

Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa yang digunakan adalah :



2 



 



Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :

in

(32)

Tabel LB.1 Nilai ΔE untuk Estimasi Cps

Elemen Atom E

C 10,89

H 7,56

O 13,42

N 18,74

S 12,36

(Perry dan Green, 1997) Cp =





 

n

i

Ei Ni 1

Hasil estimasi harga Cps,

 Cps (NH4)HSO4 = (N) + (5 x H) + (S) + (4 x O)

= (18,74) + (5 x 7,56) + (12,36) + (4 x 13,42) = 122,58 kJ/kmol K

 Cps C6H5CH2COOH = (8 x C) + (8 x H) + (2 x O)

= (8 x 10,89) + (8 x 7,56) + (2 x 13,42) = 174,44 kJ/kmol K

 Cps C6H5CH2CN = (8 x C) + (7 x H) + N

= (8 x 10,89) + (7 x 7,56) + (18,74) = 158,78 kJ/kmol K

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

-CH= _5,30

>C= _2,90

-CH2 6,20

-COOH- 19,10

-CN 13,60

(Reid, dkk., 1987) Cp =





 

n

i

(33)

Hasil estimasi harga Cpl,

 Cpl C6H5CH2COOH = (5 x -CH=_{) +(1 x >C}=_{) +(1 x -CH2) + (1 x -COOH-)} = (5 x 5,30) + (2,90) + (6,20) + (19,10)

= 54,7 kal/moloC = 228,8648 kJ/kmol K

 Cpl C6H5CH2CN = (5 x -CH=_{) +(1 x >C}=_{) +(1 x -CH2) + (1 x}–_CN) = (5 x 5,30) + (2,90) + (6,20) + (13,60)

= 49,2 kal/moloC = 205,8528 kJ/kmol K

Tabel LB.3 Nilai Konstanta a, b, c dan d untuk Perhitungan Cp gas (kJ/kmol K)

Komponen a b c d

Air 1,82964E+01 4,72118E-01 -1,33878D-03 1,31424E-06 (Reklaitis, 1983)

 Cpl H2SO4 = 138,900 kJ/kmol K (CRC PRESS LLC, 2000)

Tabel LB.4 Nilai Konstanta a, b, c dan d untuk Perhitungan Cp gas (kJ/kmol K)

Komponen a b c d

Air 3,40471E+01 -9,65064E-03 3,29983E-05 -2,04467E-08 (Reklaitis, 1983)

Tabel LB.5 Kapasitas Panas Udara

Komponen Temperatur (oC) Temperatur (K) Cp (kJ/kg K) Udara

10,0 283,2 1,0048

37,8 311,0 1,0048

65,6 338,8 1,0090

(Geankoplis, 1997)

B.2 Data Panas Pembentukan Standar (ΔHof 298,15) Tabel LB.6 Data Panas Pembentukan Standar

Komponen ΔHof Satuan

Air -285.800 kJ/kmol

Ammonium Bisulfat -1.027.000 kJ/kmol

Asam Sulfat -814.000 kJ/kmol

Benzil Sianida 86.600 kJ/kmol

Asam Fenil Asetat -343.500 kJ/kmol

(34)

B.3 Data Panas Perubahan Fasa Komponen (ΔHvl) Tabel LB.7 Laten Heat of vaporization pada 298, 15K (25 oC)

Komponen Hv (kJ/kmol) Tc (K) Tb (K)

Air

40.656,2000 38.290,4775 57.026,0000

647,0960 738,5547 693,0000

373,15 507,15 538,65 (Geankoplis, 1997; Reklaitis, 1983; Perry dan Green, 1997)

Estimasi heat of vaporization pada temperatur tertentu menggunakan korelasi

Watson’s

Dimana :

Tc = temperatur kritis (K) Tb = normal boiling point

Tabel LB.8 Data Steam dan Air Pendingin yang Digunakan

Komponen T (oC) H (kJ/kmol K) λ (kJ/kg) P (kPa) Air

Saturated steam

27 40 200 300

149,8115 1.125,7906

- -

- - 1.940,75

1.405

101,325 101,325 1.553,8 8.581 (Geankoplis, 2003)

Tabel LB.9 Kapasitas Panas H2SO4 Berdasarkan % Mol pada 20 oC

% Mol H2SO4 Cp Satuan

5,16 9,82 15,36 21,40 22,27

0,9549 0,9177 0,8767 0,8339 0,8275

(35)

B.4 Heater Umpan Benzil Sianida

Pada heater (HE-01), sebelum masuk ke umpan reaktor terlebih dahulu Benzil sianida dipanaskan hingga mencapai temperatur 90 oC. Tujuan perhitungan neraca panas ini untuk mengetahui jumlah steam yang diperlukan.

1 4

Steam 200o_C,

Kondensat 200o_C

Benzyl Sianida 99% 27o_C

HE-01

Benzyl Sianida 99% 90o_C

Tabel LB.10 Neraca Energi Masuk Heater (HE-01)

Komponen N1in



15 , 300

15 ,

298 CpdT (kJ/kmol) Q (kJ/jam)

Benzil Sianida 2,4298 457,7296 1.112,1854

Air 0,1596 149,8115 23,9099

Total Panas Masuk 1.136,0953

Tabel LB.11 Neraca Energi Keluar Heater (HE-01)

Komponen N4out



15 , 363

15 ,

Benzil Sianida 2,4298 13.380,4320 32.511,5986

Air 0,1596 4.909,5336 783,5616

Total Panas Keluar 33.295,1602

Maka steam yang dibutuhkan :

dt dQ

= Q_outQ_in

= 33.295,1602 kJ/jam – 1.136,0953 kJ/jam = 32.159,0649 kJ/jam

m =

 dt dQ/

=

kg kJ

jam kJ

/ 7500 , 1940

/ 9 32.159,064

(36)

B.5 Mixer (M-01)

Untuk mencampurkan asam sulfat dengan air sehingga diketahui jumlah air pendingin yang diperlukan pada jaket pendingin.

M-01

5 3 2 Air

27o_C Asam Sulfat 98%

Air 2% 27o_C

Asam Sulfat Air

Tabel LB.12 Neraca Energi Mixer (M-01) Alur

Komponen Nin

(kmol/jam) T (K)



15 , 300

15 ,

2 Air 26,2155 300,15 12.216,8 320.269,4610

3 Asam Sulfat 98% 6,3434 300,15 277,8 1.762,1879

Air 2% 0,7046 300,15 12.216,8 8.608,0946

Neraca Panas Keluar Mixer (M-01) N5H2O = 26,9201 kmol/jam N5H2SO4 = 6,3434 kmol/jam

% Mol H2SO4 = 100% 19,0701%

2635 , 33

6,3434 %

100 6,3434 9201

, 26

6,3434 _ _ _ _



Diinterpolasi dari tabel LB.9, diperoleh : Cp H2SO4 19,0701% mol = 0,8504 kal/groC = 3,5581 kJ/kgoC Mixer bersifat adiabatis, sehingga

Qin = Qout

330.639,7435 = 1.107,2579 x 3,5581 (Tout - 20) (Tout - 20) = 83,9239

Tout = 103,9239oC

Tabel LB.13 Neraca Energi Masuk Mixer



15 , 300

15 ,

Asam Sulfat 6,3434 10.962,5241 69.539,3355

Air 26,9201 29.897,2586 804.837,3819

(37)

Tabel LB.14 Neraca Energi Keluar Mixer

Komponen N6out



15 , 363

15 ,

298 CpdT (kJ/kmol) Q (kJ/jam)

Asam Sulfat 6,3434 9.028,5000 57.271,1070

Air 26,9201 26.281,4178 707.498,5629

dt dQ

= QoutQin

= 764.769,6699 kJ/jam – 874.376,7174 kJ/jam = -109.607,0475 kJ/jam

m =

) 27 ( ) 40 (

/

C H C H

dt dQ

o

o  x 18,02 kg/kmol

=

kmol kJ

jam kJ

/ 8115 , 149 7906 , 125 . 1

/ 0475 , 607 . 09 1

 x 18,02 kg/kmol

= 2.023,7308 kg/jam

B.6 Reaktor (R-01)

Reaktor yang digunakan adalah reaktor tangki berpengaduk pada temperatur 90oC dan 1 atm (Kamm dan Matthews, 1922), dimana reaktan berupa zat cair pada temperatur 90oC. Pendingin yang digunakan pada 27oC dengan menggunakan koil pendingin. Tujuan perhitungan neraca panas reaktor untuk mengetahui jumlah air pendingin yang diperlukan untuk mengkondisikan reaktor pada temperatur 90oC.

4

6

Benzil Sianida 90oC

Asam Sulfat Air

90oC

5

R-01

Air pendingin 27o_C

(38)

Tabel LB.15 Neraca Energi Masuk Reaktor



15 , 363

15 ,

Benzil Sianida 2,4298 13.380,4320 32.511,5986

Air 0,1596 4.909,5336 783,3588



15 , 363

15 ,

Asam Sulfat 6,3434 9.028,5000 57.271,1070

Air 26,9201 4.909,5336 132.165,1662

Tabel LB.16 Neraca Energi Keluar Reaktor



15 , 363

15 ,

Benzil Sianida 0,4860 13.380,4320 6.502,8900

Air 23,1920 4.909,5336 113.861,9027

Asam Sulfat 4,3995 9.028,5000 39.720,8858

Asam Fenil Asetat 1,9438 14.876,2120 28.916,3809

Ammonium Bisulfat 1,9438 7.967,7000 15.487,6153

Panas Reaksi :

Reaksi yang terjadi adalah :

Tabel LB.17 Panas Reaksi Standar 298,15 K

Komponen σ

(Koefisien Reaksi) ΔHf ΔH produk ΔH reaktan

Benzil Sianida 1 86.600 - 86.600

Air 2 -285.800 - -571.600

Asam Sulfat 1 -814.000 - -814.000

Asam Fenil Asetat 1 -343.500 -343.500 -

Ammonium Bisulfat 1 -1.027.000 -1.027.000 -

Panas reaksi pada keadaan standar :

ΔHro _{= Σ σ.ΔHf}

= (-343.500 - 1.027.000) – (86.600 - 571.600 - 814.000) = -71.500 kJ/kg mol

4 4 2

5 6 4 2 2

2 5

6HCH CN 2H O H SO C HCH COOH NH HSO

(39)

Maka, selisih panas adalah :

dt dQ

= o _out _in

r r Q Q

H   



= -71.500 + 204.489,6746 – 222.731,2306 = -89.741,5561 kJ/jam

Tanda negatif, berarti sistem mengeluarkan panas sebesar 89.741,5561 kJ/jam. Maka dibutuhkan air pendingin.

Air pendingin yang dibutuhkan adalah :

m =

) 27 ( ) 40 (

/

C H C H

dt dQ

o

=

K kmol kJ

jam kJ

. / 8115 , 149 7906 , 125 . 1

/ 1 89.741,556

 x 18,02 kg/kmol

= 1.656,9442 kg/jam

Tabel LB.18 Neraca Energi Reaktor (R-01)

Komponen Panas Masuk (kJ/jam) Panas Keluar (kJ/jam)

Benzil Sianida 32.511,5986 6.502,8900

Asam Sulfat 57.271,1070 39.720,8858

Air 132.948,5250 113.861,9027

Asam Fenil Asetat - 28.916,3809

Ammonium Bisulfat - 15.487,6153

Panas Reaksi - -71.500

Air pendingin -89.741,5560 -

Total 132.989,6746 132.989,6746

B.7 Heater (HE-02)

Pada heater (HE-02), untuk memanaskn keluaran reaktor dengan temperatur 137,5oC yang selanjutnya diumpankan ke washing (W-01). Tujuan perhitungan neraca panas ini untuk mengetahui jumlah steam yang diperlukan untuk memanaskan keluaran reaktor karena pada washing diperlukan temperatur hingga 80oC.

6 7

Steam 200o_C,

Kondensat 200o_C HE-02

137,5o_C

Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat

90o_C

(40)



15 , 363

15 ,

Benzil Sianida 0,4860 13.380,4320 6.502,8900

Air 23,1920 4.909,5336 113.861,9027

Asam Sulfat 4,3995 9.028,5000 39.720,8858

Tabel LB.20 Neraca Energi Keluar Heater (HE-02)



65 , 410

15 ,

298 CpdT(kJ/kmol) Q (kJ/jam)

Benzil Sianida 0,4860 23.158,4400 11.254,0149

Air 23,1920 8.553,0175 198.361,6333

Asam Sulfat 4,3995 15.626,2500 68.748,3036

dt dQ

= Q_outQ_in

= 355.218,1898 kJ/jam – 204.489,6746 kmol/jam = 150.728,0249 kJ/jam

m =

 dt dQ/

=

kg kJ

jam kJ

/ 7500 , 1940

/ 49 150.728,02

= 77,6648 kg/jam

Tabel LB.21 Neraca Energi Heater (HE-02)

Komponen Panas masuk (kJ/jam) Panas keluar (kJ/jam)

Benzil Sianida 6.502,8900 11.254,0149

Air 113.861,9027 198.361,6333

Asam Sulfat 39.720,8858 68.748,3036

Asam Fenil Asetat 28.916,3809 50.048,3427

Ammonium Bisulfat 15.487,6153 26.805,8952

Steam 150.728,0249 -

(41)

B.8 Washing (W-01)

Tujuan perhitungan neraca panas pada washing (W-01) untuk mengetahui temperatur air pencuci yang masuk, karena proses pencucian berlangsung pada temperatur 80oC

7

9

Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat 137,5o_C

Air 27o_C 8

W-01

80o_C

Tabel LB.22 Neraca Energi Masuk Washing (W-01)



65 , 410

15 ,

Benzil Sianida 0,4860 23.158,4400 11.255,0018

Air 23,1920 8.553,0175 198.361,5819

Asam Sulfat 4,3995 15.626,2500 68.747,6869



15 , 300

15 ,

Air 45,5889 149,8115 6.829,7428

Tabel LB.23 Neraca Energi Keluar Washing (W-01)



15 , 353

15 ,

Benzil Sianida 0,4860 11.321,9040 5.502,4453

Air 68,7809 4.149,1778 285.384,2156

Asam Sulfat 4,3995 7.639,5000 33.609,9803

(42)

B.9 Cooler (HE-03)

Pada cooler (HE-03), hasil keluaran filter yang berupa kristal ammonium bisulfate (F-01) dan cairannya berasal dari bagian bawah alur 11 didinginkan terlebih dahulu sebelum disimpan ke tangki penyimpanan. Tujuan perhitungan neraca panas pada cooler ini untuk mengetahui jumlah air pendingin yang diperlukan.

11

12

Air Pendingin 27o

C, 1 atm

Air Pendingin Bekas 40o

C, 1 atm

HE-03

30o_{C, 1 atm}

Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat

80o

C, 1 atm Benzil Sianida Asam Sulfat Air Asam Fenil Asetat Ammonium Bisulfat

Tabel LB.24 Neraca Energi Masuk Cooler (HE-03)



15 , 353

15 ,

Benzil Sianida 0,0041 11.321,9040 46,4198

Asam Sulfat 0,0372 7.639,5000 284,1894

Air 0,5814 4.149,1778 2.412,3319

Asam Fenil Asetat 0,0164 12.587,5640 206,4360

Tabel LB.25 Neraca Energi Keluar Cooler (HE-03)



15 , 303

15 ,

Benzil Sianida 0,0041 1.029,2640 4,2200

Asam Sulfat 0,0372 694,5000 25,8354

Air 0,5814 374,7055 217,8538

Ammonium Bisulfat 1,9438 612,9000 1.191,3550

dt dQ

= Q_outQ_in

(43)

m =

) 27 ( ) 40 (

/

C H C H

dt dQ

o

=

K kmol kJ

jam kJ

. / 8115 , 149 7906 , 125 . 1

/ 3 14.596,251

 x 18,02 kg/kmol

= 269,4980 kg/jam

Tabel LB.26 Neraca Energi Cooler (HE-03)

Alur 11 Alur 12

Air 284,1894 25,8354

Asam Sulfat 2.412,3319 217,8538

Ammonium Bisulfat 13.104,9052 1.191,3550

Air Pendingin -14.596,2513 -

Total 1.458,0311 1.458,0311

B.10 Heater (HE-04)

Tujuan perhitungan neraca panas untuk mengetahui jumlah steam yang diperlukan, dimana heater ini berfungsi untuk menaikkan temperatur sebagai umpan destilasi.

13 15

Steam 200o_C

Kondensats 200o_C

Benzil Sianida Air Asam Fenil Aseat 80o_C HE-04

Benzil Sianida Air Asam Fenil Aseatt 196,85o

C,



15 , 353

15 ,

Benzil Sianida 0,4304 11.321,9040 4.872,9475

Air 1,3640 4.149,1778 5.659,4785

(44)

Tabel LB.28 Neraca Energi keluar Heater (HE-04)



470

15 ,

Benzil Sianida 0,4304 35.375,8037 15.225,7459



BP

dT l Cp

15 ,

298 ( ) (kJ/kmol)

ΔHVL



470 ) (

BP Cp v dT

(kJ/kmol)

Q (kJ/jam)

Air 1,3640 5.671,8679 40.656,2 3.323,5890 67.724,8601

dt dQ

= Q_outQ_in

= 152.982,3445 kJ/jam – 32.945,8424 kJ/jam = 120.036,5021 kJ/jam

m =

 dt dQ/

=

kg kJ

jam kJ

/ 7500 , 1940

/ 21 120.036,50

= 61,8506 kg/jam

Tabel LB.29 Neraca Energi Heater (HE-04)

Alur 13 Alur 15

Benzil Sianida 4.872,9475 15.225,7459

Air 5.659,4785 67.724,8601

Steam 120.036,5021 -

Total 152.982,3445 152.982,3445

B.11 Kolom Destilasi (MD-01)

(45)

a. Kondensor

Umpan masuk kondensor Kondisi : Uap jenuh

Temperatur : 183,83 oC = 362,8940 oF

Tabel LB.30 Heat of Vaporization pada Titik Didihnya

Komponen BM

(kg/kmol)

N

(kmol/jam) Fraksi mol

Hv (kJ/kmol) Benzil Sianida 117,15 1,1326 0,2357 38.290,4775

Air 18,02 3,6252 0,7544 40.656,2000

Asam Fenil Asetat 136,15 0,0473 0,0099 57.026,0000

Total 4,8051 1,0000

Tabel LB.31 Heat of Vaporization pada 183,83 oC

Komponen Fraksi mol Hv (kJ/kmol) Hv komponen (kJ/kmol)

Benzil Sianida 0,2357 41.254,8427 9.724,0184

Air 0,7544 35.386,7919 26.697,4005

Total 1,0000 37.081,2598

Komposisi komponen keluar sebagai destilat Kondisi : Cair jenuh

Temperatur : 183,83 oC = 362,8940 oF

Tabel LB.32 Kapasitas Panas Cairan sebagai Destilat (D)

Komponen BM

(kg/kmol)

N

cpL (kJ/kmoloC)

Benzil Sianida 117,15 0,4261 0,2357 205,8528

Air 18,02 1,3640 0,7544 74,8817

Total 1,8079 1,0000

HL = N x cpL x ΔT Pada Benzil sianida

(46)

Pada Air

HL = 0,7545 x ((183,83+273,15) – 298,15) x 74,8817 = 8.972,9662 kJ/kmol

Pada Asam Fenil Asetat

HL = 0,0098 x ((183,83+273,15) – 298,15) x 228,8646 = 358,0002 kJ/kmol

HL total = 17.037,5190 kJ/kmol = 4.072,0693 kkal/kmol

Komposisi komponen keluar sebagai Reflux (Lo) Kondisi : Cair jenuh

Temperatur : 183,83 oC = 362,8940 oF

Tabel LB.33 Entalpi Cairan sebagai Reflux

Komponen BM

(kg/kmol)

N (kmol/jam)

Fraksi mol

HL

(kJ/kmol) Benzil Sianida 117,15 0,7065 0,2357 205,8528 7.706,5527

Air 18,02 2,2612 0,7544 74,8817 8.972,9662

Asam Fenil Asetat 136,15 0,0295 0,0099 228,8646 358,0002

Total 2,9972 1,0000 17.037,5190

Beban kondensor Qc = Vd.Hv – D.HL-L.HL

= (4,8051 x 37.081,4023) – (1,8079 x 17.037,5190) – (2,9972 x 17.037,5190) = 96.313,6537 kJ/jam = 23.019,5157 kkal/jam = 91.287,3711 Btu/jam

LMTD =

) ln(

1 2

t t

 

  

=

_

_



₁₈₃_,₈₃ ₂₇



) 40

83 , 183 ln(

) 27 83 , 183 ( ) 40 83 , 183 (

 



= 150,2363 oC= 302,4253 oF

Kebutuhan air pendingin

(47)

b. Reboiler

Preheating dimana temperatur umpan dari 196,85 oC menjadi 267,85 oC Kondisi umpan masuk

Kondisi : Cair jenuh Temperatur : 196,85 oC

Tabel LB.34 Entalpi Cairan sebagai Umpan Preheating

Komponen N

(kmol/jam)

Fraksi mol

HL

(kJ/kmol)

Benzil Sianida 0,0160 0,0024 205,8528 121,7767

Total 6,5722 1,0000 55.566,1550

Kondisi umpan keluar sebagai Bottom Kondisi : Uap jenuh

Temperatur : 267,85 oC = 514,13 oF Tabel LB.35 Heat of Vaporization pada 267,85 oC

Komponen N

Hv (kJ/kmol)

Hv komponen (kJ/kmol)

Benzil Sianida 0,0043 0,0024 38.290,4775 87,8334

Asam Fenil Asetat 1,7628 0,9976 57.026,0000 56.556,3977

Total 1,7671 1,0000 56.644,2312

Komposisi komponen masuk Reboiler Kondisi : Cair jenuh

Temperatur : 267,85 oC = 514,13 oF Tabel LB.36 Entalpi Cairan sebagai Lb

Komponen N

(kmol/jam)

Fraksi mol

HL

(kJ/kmol)

Benzil Sianida 0,0160 0,0024 205,8528 121,7767

Total 6,5722 1,0000 55.566,1550

qp = 6,5722 x (55.566,1550 – 39.320,7483)

(48)

Kondisi umpan keluar sebagai Vb Kondisi : Uap jenuh

Temperatur : 267,85 oC = 514,13 oF

Tabel LB.37 Heat of Vaporization pada 267,85 oC

Komponen N

Hv (kJ/kmol)

Hv komponen (kJ/kmol) Benzil Sianida 0,0117 0,0024 36.057,0801 87,8334 Asam Fenil Asetat 4,7934 0,9976 56.694,5030 56.556,3977

Total 4,8051 1,0000 56.644,2312

qv = 6,5722 x (56.644,2312 – 55.566,1550) = 7.085,3267 kJ/jam = 6.715,5675 Btu/jam

Q = qp + qv = 113.853,3048 kJ/jam = 107.911,6873 Btu/jam

m =

 dt dQ/

=

kg kJ

jam kJ

/ 405 . 1

/ 3048 , 853 . 113

= 81,0344 kg/jam

B.12 Cooler (HE-05)

Pada cooler (HE-05), hasil keluaran destilat menara destilasi (MD-01) didinginkan terlebih dahulu sebelum kembali ke reaktor (R-01). Tujuan perhitungan neraca panas pada cooler ini untuk mengetahui jumlah air pendingin yang diperlukan.

18 19

Air Pendingin 27o

C, 1 atm

C, 1 atm Benzil Sianida Air Asam Fenil Asetat 183,83o

C, 1 atm

HE-05

(49)

Benzil Sianida 0,4261 32.695,6002 13.931,5953



Air 1,3640 5.448,6992 40.656,2 2.972,0894 66.941,0124



Benzil Sianida 0,4261 13.380,4320 5.701,4021

Air 1,3640 4.909,5336 6.696,6038

Maka air pendingin yang dibutuhkan :

dt dQ

= Q_outQ_in

m = = 1.271,3391 kg/jam

Alur 18 Alur 19

Benzil Sianida 13.931,5953 5.701,4021

Air 66.941,0124 6.696,6038

(50)

B.13 Cooler (HE-06)

Pada cooler (HE-06), hasil keluaran bottom menara destilasi (MD-01) didinginkan terlebih dahulu sebelum masuk ke dalam prilling tower(PT-01). Tujuan perhitungan neraca panas pada cooler ini untuk mengetahui jumlah air pendingin yang diperlukan.

22 23

Air Pendingin 27o

C, 1 atm

C, 1 atm Benzil Sianida Asam Fenil Asetat 267,85o_{C, 1 atm} HE-06

Benzil Sianida Asam Fenil Asetat 100o

C, 1 atm



541

15 ,

Asam Fenil Asetat 1,7628 _40.703,6047 71.752,3143



Benzil Sianida 0,0043 _29.642,8032 38.290,4775 6.968,1173 322,0760



Benzil Sianida 0,0043 15.438,9600 66,3875

Maka air pendingin yang dibutuhkan :

dt dQ

= QoutQin

(51)

Alur 22 Alur 23

Total 30.324,6027 30.324,6027

B.14 Prilling Tower (PT-01)

Pada prilling tower (PT-01), setelah hasil bottom didinginkan pada HE-09 maka produk diumpankan ke PT-01 untuk membentuk kristal dengan bantuan udara dingin. Tujuan perhitungan neraca panas pada prilling tower ini untuk mengetahui temperatur keluaran udara bekas.

- Panas masuk (Qi), Qi = N23asam fenil



15 , 373

15 ,

298 Cpas.fenil + N 23

Benzil



373,15 15 ,

298 Cpbenzyl = 30.324,6027 kJ/jam

Panas masuk udara

Asumsi temperatur udara masuk 30oC (303,15 K) dan massa udara (F = 200 kg/jam) BMrata-rata = (79% x BM N2) + (21% x BM O2) = (0,79 x 28) + (0,21 x 32)

= 28,84 kg/kmol

Nudara = F/BMrata-rata = 200/28,84 = 6,9348 kmol/jam

Tabel LB.44 Neraca Energi Udara Masuk Prilling Tower(PT-01)

Komponen N

24

udara masuk

(kmol/jam)



15 , 303

15 ,

298 Cp(g)dT (kJ/kmol) Qin (kj/jam)

Udara 6,9348 5.021,6394 34.824,1293

Total panas masuk = panas masuk alur 27 + panas masuk udara alur 28 = 30.324,6027 kJ/jam + 34.824,1293 kJ/jam

= 65.148,7320 kJ/jam

- Panas keluar (Qo), Qo = N25asam fenil



15 , 303

15 ,

298 Cpas.fenil + N 25_Benzil



303,15 15 ,

(52)

Tabel LB.45 Neraca Energi Keluar Prilling Tower (PT-01)



15 , 303

15 ,

Benzil Sianida 0,0043 793,9000 3,4138

Asam Fenil Asetat 1,7628 872,2000 1.537,5142

Total 1.540,9279

Perhitungan temperatur keluar udara pendingin Panas keluar alur 26

Jika diasumsikan Prilling Tower bersifat adiabatik, panas masuk = panas keluar

dt dQ

= Qout Qin = 0

Qout = Qin

Qout25 + Qout26 = Qin23 + Qin24 1.540,9279 + Nudara[



T Cp g dT

15 ,

298 ( ) ] = 30.324,6027 + 34.824,1293 Nudara[



T Cp g dT

15 ,

298 ( ) ] = 63.607,8041 kJ/jam

Dengan cara trial and error diperoleh temperatur udara keluar sebesar 34,1322oC

Hasil perhitungan udara keluar :

Tabel LB.46 Neraca Energi Udara Keluar Prilling Tower(PT-01)

Komponen N

26

udara masuk

(kmol/jam)



4240 , 315

15 ,

298 Cp(g)dT (kJ/kmol) Qin (kj/jam)

Udara 6,9348 9.171,7231 63.604,1826

Tabel LB.47 Neraca Energi Prilling Tower(PT-01)

Umpan 30.324,6027 -

Udara Masuk 34.824,1293 -

Produk - 1.540,9279

Udara Keluar - 63.604,1826

(53)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

Beberapa persamaan yang digunakan dalam perhitungan perancangan tangki: Tangki penyimpanan cairan disediakan dengan ruang uap tertentu :

 15 % jika volum < 500 galon

 10 % jika volum > 500 galon (Walas, dkk., 1988)

- Volume shell tangki (Vs)

L

πD

Vo 2

4 1



 



-sin



2

1 Vo

Vs _ _





Tabel LC.1 Perbandingan Panjang dan Diameter Tangki

P (psig) 0-250 251-500 501 +

L/D 3 4 5

(Walas, 1988)

- Volume tutup tangki (Ve) Untuk torispherical (L = D) Vo = 0,0778 D3

  

D



H D

H Vo

Vh _₂ 2₁_,₅_ _{(Walas, dkk., 1988)}

dimana:

L = panjang silinder (m) H = tinggi cairan (m) D = diameter silinder (m) Vo = volum ”full head”

θ = sudut kerucut

- Tebal shell tangki

0,6P SE

PR t



(54)

dimana:

t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable Stress (psia) E = joint efficiency

C = corrosion allowance (in/tahun) n = umur alat (tahun)

- Tebal tutup tangki untuk flat flanged

S

P

D 

 0,3

t + n. C (Walas, dkk., 1988)

- Tebal tutup tangki untuk torispherical

0,2P 2SE

M r P

t c

  

 + n. C (Brownell dan Young, 1959)

M =

 

2 / 1

4 3

icr rc



dimana:

t = tebal tutup (in) P = tekanan desain (psig) L = crown radius

D = diameter tutup (in) S = allowable Stress (psia) E = joint efficiency

C = corrosion allowance (in/tahun) n = umur alat (tahun)

rc = crown radius (in)

icr = inside corner radius (in) sf = straight flange length Rumus densitas campuran, ρ campuran :

(55)

C.1 Tangki Penyimpanan Benzil Sianida (TK-01)

Fungsi : Menyimpan benzil sianida untuk kebutuhan selama 15 hari Bentuk : Silinder vertikal dengan dasar datar dan tutup flat flanged

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade A

Jumlah : 1 unit

Temperatur : 30 °C

Tekanan : 1 atm = 14,696 psia

Tabel LC.2 Komposisi Bahan pada Tangki Penyimpanan Benzil Sianida (TK-01)

Komponen F

(kg/jam)

Fraksi Massa

Densitas (kg/m3)

ρ campuran (kg/m3) Benzil Sianida 284,6495 0,99 1.012,50 1.002,3750

Air 2,8752 0,01 995,68 9,9568

Total 287,5248 1,00 1.012,3318

Perhitungan:

a. Volume larutan, Vl = ₃

kg/m 1012,3318

jam/hari 24

x hari 15 x kg/jam 287,5248

= 102,2480 m3 Faktor kelonggaran = 10 %

Volume tangki, Vt = (1 + 0,1) . 51,1215 m3 = 112,4728 m3

Fraksi volum = 0,9091

4728 , 112

2480 ,

102 _



t l V V

Dari tabel 10.59 pada buku Perry dan Green, Chemical Engineering Handbook

edisi 8 diperoleh untuk fraksi volum 0,9091 maka H/D = 0,8535

b. Diameter dan tinggi shell

Volume tangki (V)

V = Vs

Kapasitas shell dengan H/D = 0,8535

θ = 2 arc cos (1-2H/D)