Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Akrilamida dari Akrilonitril dengan Proses Asam Sulfat Kapasitas 10.000 Ton/Tahun.

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Kapasitas produksi = 10000 ton / tahun

= 30303,0303 kg/hari = 1262,6263 kg/jam Waktu operasi = 330 hari

Basis perhitungan = 1 hari produksi (24 jam)

Tabel LA.1 Data Berat Molekul Bahan

Untuk umpan 1000 kg/jam akrilonitril dihasilkan produk akrilamida 929,8655 kg/jam, maka untuk menghasilkan 1262,6263 kg/jam akrilamida diperlukan umpan akrilonitril sebesar:

F = 1262,6263

929,8655 x 1000 = 1357,85903 kg/jam

Akrilonitril dan asam sulfat direaksikan di dalam reaktor continuous stirred Tank Reactor (CSTR) yang disusun secara seri untuk meningkatkan konversi reaksi dari 90 % hingga diperoleh konversi reaksi yang optimum sebesar 97,4% dengan volume reaktor yang besarnya sama.

No. Rumus Molekul BM

1. C3H3N 53

2. H2SO4 98

3. H2O 18

4. C3H7NSO5 169

5. NH3 17

6. (NH4)2SO4 132

(2)

1 mol H2O 1 mol H2SO4

H2SO

4 F4 Berikut ini adalah perhitungan neraca massa pada setiap peralatan proses. 1. Mixture Tank (MT-01)

Fungsi : Sebagai tempat untuk mengencerkan asam sulfat pekat

Pengenceran dilakukan dengan mencampurkan 1 mol H2SO4(p) dan 1 mol H2

H

O. Asam sulfat yang diumpankan adalah 25,3638 kmol/jam, maka banyaknya air yang ditambahkan :

2 H

O ditambahkan = 18 x 25,3638 = 456,5481 kg/jam

2SO4 terdiri dari 98% H2SO4 dan 2% H2 H

O

2SO4

= 0,98 x 2485,6506 = 2435,9376 kg/jam = 98 x 25,3638 = 2485,6506 kg/jam

H2O dalam H2SO4

x H

= 0,02 x 2485,6506 = 49,7130 kg/jam

2SO4

total massa

SO H massa

₂ ₄

= × 100 %

x H2SO4

456,5481) (2485,6506

2435,9376

+

= × 100 %

x H2SO4

Setelah pengenceran konsentrasi H = 0,83

2SO4 H

= 83%

2O = 17% F2

(3)

Tabel LA.2 Neraca Massa pada Mixture Tank (MT-01)

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

Alur 2 Alur 3 Alur 4

H2SO4 2435,9376 2435,9376

H2O 49,7130 456,5481 506,2611

Total 2485,6506 456,5481 2942,1987

2942,1987

2. Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (R-01)

Fungsi : Sebagai tempat reaksi akrilonitril dengan asam sulfat yang telah diencerkan

Kondisi operasi : Temperatur = 90 o Tekanan = 1 atm

C

Reaksi yang terjadi:

CH2=CHCN + H2SO4 + H2O CH2 = CHCONH2.H2SO Bahan yang masuk :

4

C3H3 H

N = 0,99 x 1357,85903 = 1344,2804 kg/jam

2O dalam C3H3 C

N = 0,01 x 1357,85903 = 13,5786 kg/jam

3H3 H

N = 1344,28 / 53 = 25,3638 kmol/jam

2SO4

(4)

H2O dalam H2SO4 H

= 0,02 x 2485,6506 = 49,7130 kg/jam

2 H

O dibutuhkan = 18 x 25,3638 = 456,5481 kg/jam

2

= 519,8397 kg/jam

O total = (13,5786 + 49,7130 + 456,5481) kg/jam

Konversi 90% C3H3

= 1209,852 kg/jam N yang bereaksi = 0,9 x 25,3638 = 22,8274 kmol/jam

C3H3

= 134,4280 kg/jam

N yang sisa = 1344,2804 kg/jam - 1209,852 kg/jam

H2SO4 H

yang bereaksi = 98 x 22,8274 = 2237,0856 kg/jam

2SO4

= 198,8520 kg/jam

yang sisa = 2435,9376 kg/jam - 2237,0856 kg/jam

= 2,0291 kmol/jam H2

H

O bereaksi = 18 x 22,8274 = 410,8933 kg/jam

2

= 108,9464 kg/jam

O sisa = 519,83968 kg/jam - 410,8933 kg/jam

= 6,0526 kmol/jam

C3H7NSO5 = 169 x 22,8274 = 3857,8312 kg/jam

Tabel LA.3 Neraca Massa pada Reaktor 1 (R-01)

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

Alur 1 Alur 4 Alur 5

H2SO4 2435,9376 198,8520

C3H7NSO5 3857,8312

C3H3N 1344,2804 134,4280

H2O 13,5786 506,2611 108,9464

Total 1357,8590 2942,1987 4300,058

(5)

3. Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (R-02)

Fungsi : meningkatkan konversi reaksi akrilonitril dengan asam sulfat yang telah diencerkan dari reaktor alir tangki berpengaduk 1.

Konversi 97,4% C3H3

= 1309,329 kg/jam N yang bereaksi = 0,974 x 25,3638 = 24,7043 kmol/jam

C3H3

= 34,951 kg/jam

N yang sisa = 1344,2804 kg/jam - 1309,329 kg/jam

H2SO4 H

yang bereaksi = 98 x 24,7043 = 2421,0237 kg/jam

2SO4

= 14,9139 kg/jam

yang sisa = 2435,9376 kg/jam - 2421,0237 kg/jam

= 0,1522 kmol/jam H2

H

O bereaksi = 18 x 24,7043 = 444,6778 kg/jam

2

= 75,162 kg/jam

O sisa = 519,83968 kg/jam - 444,6778 kg/jam

= 4,1757 kmol/jam

(6)

Tabel LA.4 Neraca Massa pada Reaktor 2 (R-02)

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

Alur 5 Alur 6

H2SO4 198,8520 14,9139

C3H7NSO5 3857,8312 4175,0307

C3H3N 134,4280 34,951

H2O 108,9464 75,1619

Total 4300,058 4300,058

3. Reaktor Netralisasi (R-03)

Fungsi : memisahkan akrilamida sulfat menjadi akrilamida dan ammonium sulfat

Reaksi yang terjadi:

CH2 = CHCONH2.H2SO4 + 2NH3 (NH4)2SO4 + CH2 = CHCONH F

2 4

C3H7NSO5 H

= 4175,0307 kg/jam = 24,7043 kmol/jam

2 NH

O = 75,1619 kg/jam

3

(7)

NH3 H

umpan = 0,3 x 839,9470 = 251,9841 kg/jam

2 NH

O dalam amoniak = 0,7 x 839,9470 = 587,9629 kg/jam

3

= 0,3 x 24,7043 = 7,4113 kmol/jam yang bereaksi = 0,5 x 49,4086 = 24,7043 kmol/jam

=125,9920 kg/jam NH3

= 125,9920 kg/jam

sisa = 251,9841 kg/jam - 125,9920 kg/jam

F6 H2

= 512,8010 kg/jam

O total = 587,9629 kg/jam - 75,1619 kg/jam

F6 = F4 + F

= 4300,0577 kg/jam + 839,9470 kg/jam 5

= 5140,00 kg/jam

NH3 sisa + C3H3N + H2SO4 + H2

= 688,6583 kg/jam

O = (125,9920 + 34,951 + 14,9139 + 512,8010)

F6

= 4451,3464 kg/jam

akrilamida + amonium sulfat = 5140,00 kg/jam – 688,6583 kg/jam

mol akrilamida = mol amonium sulfat

maka, perbandingan massa = perbandingan BM akrilamida = 71/132 x amonium sulfat

= 0,53788 x amonium sulfat

akrilamida + amonium sulfat = 4451,3464 kg/jam 1,537878788 amonium sulfat = 4451,3464 kg/jam

amonium sulfat = 2894,4716 kg/jam akrilamida = 0,53788 x amonium sulfat

(8)

Tabel LA.5 Neraca Massa pada Reaktor Netralisasi (R-03)

Komponen Masuk (Kg/jam)

Keluar (kg/jam)

Alur 6 Alur 7 Alur 8

H2SO4 14,9139 14,9139

C3H7NSO5 4175,0307

(NH4)2SO4 2894,4716

NH3 251,9841 125,9920

C3H5NO 1556,8749

C3H3N 34,951 34,951

H2O 75,1619 587,9629 512,8010

Total 4300,058 839,9470 5140,00

5140,00

4. Centrifuge (CF-01)

Fungsi : Untuk memisahkan akrilamida dengan amonium sulfat.

(9)

Bahan yang masuk: F6 C3H5

F

NO = 1556,8749 kg/jam 6

(NH4)2SO4 F

= 4341.7073 kg/jam 6

H2 F

O = 512,8010 kg/jam 6

NH3 F

= 125,9920 kg/jam 6

C3H3 F

N = 34,951 kg/jam 6

H2SO4 F

= 14,9139 kg/jam 6

Total = 5140,00 kg/jam

Bahan yang keluar F7a C3H5NO = F6 C3H5 F

NO = 1556,8749 kg/jam 8

(NH4)2SO4 = F6 (NH4)2SO4 Laju alir NH

= 2894,4716 kg/jam

3 Laju alir C

dalam air pengotor = 0,02 x 125,9920 = 2,5198 kg/jam

3H3

Laju alir air dalam air pengotor

N dalam air pengotor = 0.02 x 5,.427 = 1,0485 kg/jam

= (2/98 x (2894,4716 + 14,9139)) - ((0,02 x 129,4118) + (0,02 x 35,900)) = 59,3752 kg/jam – 3,2189 kg/jam

= 56,1563 kg/jam

F8

= 59,3752 kg/jam

air pengotor = (56,1563 + 1,0485 + 2,5198) kg/jam

F7a NH3 F

= 0,98 x 125,9920 = 123,4722 kg/jam 7a

C3H3 F

N = 0,98 x 34,9513 = 34,2523 kg/jam 7a

H2O = F6 H2O – F8 H2

= 512,8010 kg/jam - 56,1563 kg/jam O

(10)

Tabel LA.6 Neraca Massa pada Centrifuge (CF-01)

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

Alur 8 Alur 9a Alur 10

H2SO4 14,9139 14,9139

Air pengotor 59,3752

(NH4)2SO4 2894,4716 2894,4716

NH3 125,9920 123,4722

C3H5NO 1556,8749 1556,8749

C3H3N 34,951 34,252

H2O 512,8010 456,6447

Total 5140,00 2171,2440 2968,7607

5140,00

5. Washer (W-01)

Fungsi : untuk membersihkan amonium sulfat dari zat-zat lain yang mungkin terikut

asumsi tidak ada amonium sulfat yang hilang selama proses pencucian. Bahan yang masuk

F8 (NH

= 2968,7607 kg/jam

4)2SO4 H

= 2894,4716 kg/jam

(11)

Air pengotor = 59,3752 kg/jam

F9 =1.5 x F =

8

= 4453,141 kg/jam 1,5 x 2968,7607 kg/jam

Bahan yang keluar F10 (NH4)2SO4

asumsi air terikut bersama amonium sulfat 1% dari air pencuci = 2312,8208 kg/jam

F10 H2

= 44,5314 kg/jam

O = 0,01 x 4453,141 kg/jam

F11 H2

= 4408,6096 kg/jam

O keluar = 4453,1410 kg/jam - 44,5314 kg/jam

F11 Air pengotor = 59,3752 kg/jam

Tabel LA.7 Neraca Massa pada Washer (W-01)

Komponen Masuk (Kg/jam) Keluar (Kg/jam)

Alur 10 Alur 11 Alur 12 Alur 13

H2SO4 14,9139 14,9139

Air pengotor 59,3752 59,3752

(NH4)2SO4 2894,4716 2894,4716

H2O 4453,1410 44,5314 4408,6096

Total 2968,7607 4453,1410 2939,0030 4482,8987

7421,9017 7421,9017

6. Rotary Dryer (RD-01)

(12)

Bahan yang masuk F10

(NH

= 2939,0030 kg/jam

4)2SO4 H

= 2894,4716 kg/jam

2

Bahan yang keluar

O = 44,5314 kg/jam

Produk yang diinginkan adalah amonium sulfat 99% dan air 1% H2

= 29,3900 kg/jam

O = 0,01 x 2939,0030 kg/jam

air yang diuapkan = 44,5314 kg/jam - 29,3900 kg/jam = 15,1414 kg/jam

asumsi amonium sulfat terikut bersama udara 0,5% (NH4)2SO4

= 14,4724 kg/jam

= 0,005 x 2894,4716 kg/jam

(13)

Tabel LA.8 Neraca Massa pada Rotary Dryer (RD-01)

Komponen

Masuk (kg/jam) Keluar (Kg/jam) Alur 12 Alur 14a

(ke cyclone)

Alur 14b

(dari cyclone) Alur 15

(NH4)2SO4 2894,4716 14,4724 14,4724 2894,4716

H2O 44,5314 15,1414 29,3900

Total 2939,0030

29,6137 14,4724

2923,8616 15,1414

2939,0030

7. Crystallizer (CR-01)

Fungsi : Membentuk kristal - kristal akrilamida dari larutan induk (mother liquor akrilamida melalui proses pendinginan

Neraca Massa Total : F = S + C + W (Geankoplis, 2003)

Asumsi bahwa tidak ada akrilamida dan air yang hilang selama proses sehingga W = 0 Dengan F = Feed (kg/jam), S=mother liqour (kg/jam), C=kristal yang terbentuk (kg/jam). Digunakan operasi pada crystallizer (CR-01) dengan suhu operasi yaitu : 30 oC, dimana kelarutan akrilamida pada suhu tersebut adalah 215,5 kg/100 kg air (Kirk Othmer, 1998).

Impuritis terdiri dari NH3 dan C3H3 Bahan yang masuk

N

(14)

C3H5NO(l) H

= 1556,8749 kg/jam

2 NH

O = 456,6447 kg/jam

3 C

= 123,4722 kg/jam

3H3N = 34,2523 kg/jam

Neraca Massa di crystalizer : Feed masuk = Larutan + Kristal F = S + C

Neraca massa basis air

xair . F =

m_pelarut . S

mpelarut + massa akrilamida

+ BM anhidrat C BM C3H5NO . H2O

(Geankoplis,1997) 0,2268 x 2013,5196 = 100

100 + 215,5 S + 18 89 C

456,6447 = 0,3170 S + 0,2022 C ...(1)

Neraca massa basis akrilamida

x_akrilamida . F = makrilamida . S

m_pelarut + massa akrilamida+

BM anhidrat C BM C₃H₅NO . H₂O

(Geankoplis,1997) 0,7732 x 2013,5196 = 215,5

100 + 215,5 S + 71 89 C

1556,8749 = 0,6830 S + 0,7978 C ...(2)

Eliminasi persamaan (1) dan (2)

456,6447 = 0,3170 S + 0,2022 C (x 0,6830) 1556,8749 = 0,6830 S + 0,7978 C (x 0,3170) 311,9079 = 0,2165 S + 0,1381 C

(15)

C = 1582, 7287 kg/jam (kristal) 456,6447 = 0,3170 S + 0,2022 C

456,6447 = 0,3170 S + 0,2022 (1582, 7287) 136,5423 = 0,3170 S

S = 430,7908 kg/jam (larutan)

Kristal terdiri dari : H2

= 0,2022 (1582, 7287) kg/jam O = 0,2022 C

= 320,1024 kg/jam C3H5

= 0,7978 (1582, 7287) kg/jam NO = 0,7978 C

= 1262,6263 kg/jam

Impuritis = 1% dari total impuritis masuk = 0,01 x 157,7245 kg/jam = 1,5772

Larutan terdiri dari : H2

= 0,3170 (430,7908) kg/jam O = 0,3170 S

= 136,5423 kg/jam C3H5

= 0,6830 (430,7908) kg/jam NO = 0,6830 S

= 294,2486 kg/jam

Impuritis = 99% dari total impuritis masuk = 0,99 x 157,7245 kg/jam

(16)

Tabel LA.9 Neraca Massa pada Crystalizer (CR-01)

Komponen

Masuk (Kg/jam) Keluar (Kg/jam)

Alur 9b Kristal Larutan

Alur 16 Alur 17

C3H5NO 1556,8749 1262,6263 294,2486

H2O 456,6447 320,1024 136,5423

Impurities 157,7245 1,5772 156,1472

Total 2171,2440 1584,3060 586,9381

2171,2440

8. Rotary Dryer (RD-02)

Fungsi : Untuk mengurangi kandungan air dalam akrilamida dengan cara diuapkan sehingga didapatkan ammonium sulfat dalam fasa padat yang murni

Bahan yang masuk F14

C

Kristal = 1582,7287 kg/jam

3H5 H

NO = 1262,6263 kg/jam

2

(17)

Bahan yang keluar

Produk yang diinginkan adalah akrilamida 99% dan air 1% H2

= 15,8273 kg/jam

O = 0,01 x 1582,7287 kg/jam

air yang diuapkan = 320,1024 kg/jam - 15,8273 kg/jam = 304,2752 kg/jam

asumsi akrilamida terikut bersama udara 0,5% = 0,005 x 1262,6263 kg/jam = 6,3131

akrilamida yang terikut bersama udara dipisahkan di cyclon dan dikembalikan ke produk

Tabel LA.10 Neraca Massa pada Rotary Dryer (RD-02)

Komponen

Masuk (kg/jam) Keluar (Kg/jam) Alur 16 Alur 16a

(ke cyclone)

Alur 16b

(dari cyclone) Alur 17

C3H5NO 1262,6263 6,3131 6,3131 1262,6263

H2O 320,1024 304,2752 15,8273

Impurities 1,5772 1,5772

Total 1584,3060

310,5883 6,3131

1280,0308 304,2752

(18)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Basis Perhitungan : 1 jam operasi

Satuan : kJ/jam

Temperatur : 250C = 298,15 K

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

Q = ∆H = ∫T1 n. c_p.dT

T2ref (Smith, 2005)

- Perhitungan panas penguapan

Q = n. HVL (Smith, 2005)

- Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah

∫

CpdT (Reklaitis, 1983)

- Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :

∫

dQ _{(Reklaitis, 1983)}

LB.1 Kapasitas Panas LB.1.1 Kapasitas Panas Gas

Cp= A+ BT + CT2 + DT3 + ET ∫_𝑇𝑇1𝑇𝑇2Cp dT = [a(T

4

2–T1) + b/2(T22–T12) + c/3(T23–T13) + d/4(T24–T14) + e/5(T25–T15

Dalam hubungan ini:

(19)

Tabel LB.1 Kapasitas panas gas

Komponen A B C D E

C3H5NO 13,165 2,6213E-01 -8,5250E-05 -3,5101E-08 2,0435E-11 C3H3N 18,425 1,8336E-01 -1,0072E-04 1,8747E-08 9,1114E-13 NH3 33,573 -1,2581E-02 8,8906E-05 -7,1783E-08 1,8569E-11 H2O 33,933 -8,4186E-03 2,9906E-05 -1,7825E-08 3,6964E-12 (Sumber : Carl L. Yaws, 1996)

LB.1.2 Kapasitas Panas Cairan Cp= A+ BT + CT2 + DT ∫_𝑇𝑇𝑇𝑇₁2Cp dT = [a(T

3

2–T1) + b/2(T22–T12) + c/3(T23–T13) + d/4(T24–T14)]

Dalam hubungan ini:

Cp = kapasitas panas cairan, kJ/kmol 0

T = suhu,

K 0

A,B,C = konstanta

K

Tabel LB. 2 Kapasitas panas cairan

Komponen A B C D

H2O 18,2964 4,72118E-01 -1,3387E-03 1,31424E-06 NH3 2,01E+01 _8,64E-01 _-4,07E-03 _6,61E-06 (Sumber : Reklaitis, 1983)

CP = C1 + C2 T+ C3T2 +C4 T4 (J/kmol K)

Komponen C1 C2 C3 C4

C3H3N 109,9 -109,75 0,35441 -

C3H5NO 102,3 128,7 - -

(20)

Tabel LB.3 Kapasitas Panas Cairan H2SO4 Komponen

(98 %)

Suhu, (K) Kapasitas panas, cp (J/mol K)

H2SO4

298,15

98%

138,593

300 138,948

400 158,238

500 177,621

(Sumber : Barin, 1995)

LB.1.3 Estimasi Cp dengan metode Hurst dan Harrison

Perhitungan estimasi kapasitas panas padatan, Cps (J/mol.K), menggunakan metode Hurst and Harrison dengan rumus:

Cp= ΣniΔENE=1 (Perry & Green, 1999)

Keterangan: N = Jumlah unsur dalam senyawa

ni = Jumlah kemunculan unsur E dalam senyawa

ΔE = Kontribusi unsur E

Dimana kontribusi elemen atomnya dapat dilihat pada tabel berikut

Tabel LB.4 Kontribusi unsur dan gugus untuk estimasi Cp

Nilai Konstribusi Atom ΔE (J/mol.K)

N 18,74

H 7,56

S 12,36

O 13,42

C 10,89

(21)

Berdasarkan rumus di atas maka kapasitas panas padatan pada T = 298,15 K :

Tabel LB.5 Kapasitas panas padatan pada T = 298,15 K

Komponen ΔE (J/mol.K) (NH4)2SO4 164

C3H5NO5 168,67

LB.1.4 Nilai Panas Reaksi Pembentukan (298,15 K) Nilai panas reaksi pembentukan senyawa yang digunakan:

Tabel LB.6 Panas Reaksi Pembentukan Senyawa

Komponen Panas Pembentukan (298,15 K)

H2SO4 -193,69 Kkal/mol -810,941292 kJ/mol

NH3 -10,96 Kkal/mol -45,887328 kJ/mol

H2O -68,3174 Kkal/mol -286,03129 kJ/mol (NH4)2SO4 -281,74

(c)

Kkal/mol -1169,49884 kJ/mol

C3H3N(l) 35,1306 Kkal/mol 141,7 kJ/mol

Perhitungan ΔHfo dengan menggunakan metode Verma dan Doraiswamy, dimana kontribusi gugusnya adalah

Tabel LB.7 Panas Pembentukan Berdasarkan Gugus Fungsi (298,15 K)

Gugus ∆Hf (kJ/mol)

= CH2 -19,63

= CH- -37,97

- C= O -133,22

(22)

Rumus: ∆Hfo (298 K) = 68,29 + ∑jnj

Menghitung ∆Hf

∆H……….(Perry, 1997)

o _{akrilamida sulfat}

∆Hfo (298,15 K) = 68,29 + (= CH2) + (= CH-) + (- C= O) + (-NH2) + ∆Hfo H2

∆Hf

SO4

o

= -955,491292 kJ/mol

(298,15K) = 68,29+(-19,63)+ (-37,97) +(-133,22) + (-22,02) + (-810,941292)

akrilamida

∆Hfo _{(298,15K) = -144,55 kJ/mol}

(23)

Panas Masuk

Tabel LB.8 Perhitungan Panas Masuk pada Reaktor (R-01) Alur Komponen N (kmol/jam) _∫303,15_{𝐶𝐶𝐶𝐶}_{𝑑𝑑𝑇𝑇}

298,15 (kJ/kmol) Q (kJ/jam)

1 Akrilonitril 25,3637818 -6,22824 -157,9717

Air 0,75436613 374,7054825 282,6651

4 Asam Sulfat 24,8565062 4,813175 119,6387

Air 28,1256158 374,7054825 10.538,8225

Total 10.783,1546

Panas Keluar

Tabel LB.9 Perhitungan Panas Keluar pada Reaktor (R-01)

Alur Komponen N

(kmol/jam)

∫363,15𝐶𝐶𝐶𝐶𝑑𝑑𝑇𝑇

5

Asam sulfat 2,02910255 814,881275 1.653,4777 Akrilamid sulfat 22,8274036 10.8174 2.469.331,5608

Akrilonitril 2,53637818 290.262,6179 736.215,7710

Air 6,05257833 4.909,533577 29.715,3365

Total 3.236.916,1459

Persamaan reaksi dalam reaktor

CH2=CHCN + H2SO4+ H2O CH2=CHCONH2. H2SO4

Menghitung ∆Hfo ∆Hf

reaktan

o _{(298 K) =}_∆Hfo _{akrilonitril +}_∆Hfo _{asam sulfat +}_∆Hfo

= [147,1 + (-810,941292) + (-286,03129)] kJ/mol

air

(24)

ΔHr = ΔHf produk - ΔHf ∆Hr

reaktan

25oC= [∆Hf 25oC] produk – [∆Hf 25oC ]

∆Hr

reaktan

25oC

∆Hr

= [-955,491292] kJ/mol– [-949,872582] kJ/mol

25oC= -5,61871 kJ/mol

Panas reaksi = r x ∆Hr

= 22.827,4036 mol/jam x -5,61871 kJ/mol

= -128260,5609 kJ/jam

Q = r.ΔH reaksi + Qout -Qin

= [-128.260,5609 + 3.236.916,1459 – 10.783,1546] kJ/jam = 3.097.872,4304kJ/jam

Media pendingin yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 303,15 K dan

keluar pada suhu 323,15 K. Air pendingin yang diperlukan :

H (323,15 K) – H (303,15 K) = [ H (323,15 K) – H (298,15 K)] – [H (303,15 K) –

H (298,15 K) ]

= ∫ [Cp H2O(l)] 323,15

298,15 dT - ∫ [Cp H2O(l)] 303,15

298,15 dT

= 1878,90978 – 374,7054825 J/mol

= (1504,204297J/mol) x 1000mol/kmol /18 kg/kmol = 83566,905 J/kg

= 83,566905 kJ/kg

Air pendingin yang diperlukan adalah:

𝑚𝑚 = 𝑄𝑄

H(323,15 K)− H(303,15 K)

𝑚𝑚 =3097872,4304 kJ/jam

83,566905 kJ/kg

(25)

Tabel LB.10 Neraca Panas pada Reaktor (R-01)

Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)

Umpan 10.783,1546

Produk 3.236.916,1459

Panas Reaksi -128.260,5609

Air pendingin 3.097.872,4304

Total 3.108.655,5850 3.108.655,5850

LB.2.2 Neraca Panas di Sekitar Reaktor (R-02)

Panas masuk Alur 5

Q masuk = 3.236.916,1459 kJ/jam

Panas Keluar

Tabel LB.11 Perhitungan Panas Keluar pada Reaktor (R-02) Alur Komponen N (kmol/jam) _∫363,15_{𝐶𝐶𝐶𝐶}_{𝑑𝑑𝑇𝑇}

6

Asam sulfat 0,15218269 814,881275 124,0108

Akrilamid

sulfat 24,7043235 10.8174 2.672.365,4891

Akrilonitril 0,65945833 290.262,6179 191.416,1005

Air 4,17565847 4.909,533577 _20.500,5355

(26)

Panas yang keluar dari reaktor 2 = panas dari reaktor 1 + panas dari reaktor 2 = (3.236.916,1459 + 2.884.406,1359) kJ/jam = 6.121.322,2818kJ/jam

= 24.704,3235 mol/jam x -5,61871 kJ/mol = -138.806,4295 kJ/jam

Q = r.ΔH reaksi + Qout - Qin

= [-138.806,4295 + 6.121.322,2818 - 3.236.916,1459] kJ/jam = 2.745.599,7064kJ/jam

H (323,15 K) – H (303,15 K) = [ H (323,15 K) – H (298,15 K)] – [H (303,15 K) –

H (298,15 K) ]

= ∫ [Cp H2O(l)] 323,15

298,15 dT - ∫ [Cp H2O(l)] 303,15

298,15 dT

= 1878,90978 – 374,7054825 J/mol

= 83,566905 kJ/kg

𝑚𝑚 = 𝑄𝑄

H(323,15 K)− H(303,15 K)

𝑚𝑚 =2745599,7064 kJ/jam

83,566905 kJ/kg

(27)

Tabel LB.12 Neraca Panas pada Reaktor (R-02)

Umpan 3.236.916,1459

Produk 6.121.322,2818

Panas Reaksi -138.806,4295

Total 5.982.515,8523 5.982.515,8523

LB.2.3 Neraca Panas di Sekitar Reaktor Netralisasi (R-03)

Panas masuk

Tabel LB.13 Perhitungan Panas Masuk pada Netralizer (R-03) Alur Komponen N (kmol/jam) _∫303,15_{𝐶𝐶𝐶𝐶}_{𝑑𝑑𝑇𝑇}

7

Amoniak 14,82259409 2290,2273 33.947,1096

Air 32,6646055 374,7054825 12.239,6068

(28)

Panas keluar

Tabel LB.14 Perhitungan Panas Keluar pada Netralizer (R-03) Komponen N (kmol/jam) _∫357,65_{𝐶𝐶𝐶𝐶}_{𝑑𝑑𝑇𝑇}

298,15 (kJ/kmol) Q(kJ/jam)

Asam sulfat 0,15218269 682,80325 103,9108

Amonium sulfat 21,9278149 9758 213.971,6178

Amoniak 7,41129705 129.925,7127 962.918,0508

Akrilamida 21,9278149 1.497,63302 32.839,8196

Akrilonitril 0,65945833 242.035,7521 159.612,4922

Air 28,488947 4491,104232 127.946,8306

Total 1.497.392,7219

Persamaan reaksi dalam netralizer

C3H5NO.H2SO4+ 2NH3 (NH4)2SO4+ C3H5NO

ΔHr = ΔHf produk - ΔHf

∆Hr

reaktan

25oC = [∆Hf25oC akrilamida + ∆Hf25oC ammonium sulfat] – [∆Hf 25oC amoniak + ∆Hf 25oC

∆Hr

akrilamid sulfat]

25oC

∆Hr

= [-144,55 - 1169,498844] kJ/mol - [2(-45,887328) - 955,491292] kJ/mol

25oC

∆Hr

= - 266,7829 kJ/mol

25oC= - 0,2667829 kJ/Kmol

= 21,9278149 kmol/jam x -0,2667829 kJ/mol = -5,84997kJ/jam

Q = r.ΔH reaksi + Qout -Qin

(29)

H (323,15 K) – H (303,15 K) = [ H (323,15 K) – H (298,15 K)] – [H (303,15 K) –

H (298,15 K) ]

= ∫323,15[Cp H₂O_(l)]

298,15 dT - ∫ [Cp H2O(l)] 303,15

298,15 dT

= 1878,90978 – 374,7054825 J/mol

= 83,566905 kJ/kg

𝑚𝑚 = 𝑄𝑄

H(323,15 K)− H(303,15 K)

𝑚𝑚 =1451200,1555 kJ/jam

83,566905 kJ/kg

m = 17.365,7282kg/jam

Tabel LB.15 Neraca Panas pada Netraliser (R-03)

Umpan 461.86,7164

Produk 1.497.392,7219

Panas Reaksi -5,84997

(30)

LB.2.4 Neraca Panas di Sekitar Centrifuge (CF-01)

Neraca panas pada centrifuge dapat dihitung sebagai berikut Dimana dQ/dt =0, sehingga Q out = Q in

Panas masuk

Tabel LB.16 Perhitungan Panas Masuk pada Centrifuge (CF-01) Komponen N (kmol/jam) _∫357,65_{𝐶𝐶𝐶𝐶}_{𝑑𝑑𝑇𝑇}

Asam sulfat 0,15218269 682,80325 103,9108

Amonium sulfat 21,9278149 9758 213.971,6178

Amoniak 7,41129705 129.925,7127 962.918,0508

Akrilamida 21,9278149 1.497,63302 32.839,8196

Akrilonitril 0,65945833 242.035,7521 159.612,4922

Air 28,488947 4.491,104232 127.946,8306

(31)

Panas keluar

Tabel LB.17 Perhitungan Panas Keluar pada Centrifuge (CF-01) Alur Komponen N (kmol/jam) _∫357,65_{𝐶𝐶𝐶𝐶}_{𝑑𝑑𝑇𝑇}

298,15 (kJ/kmol)

Q(kJ/jam)

9a

Amoniak _7,26307111 129.925,7127 943.659,6898 Akrilamida _21,9278149 1.497,63302 32.839,8196 Akrilonitril _0,64626916 242.035,7521 156.420,2424

Air _25,36915 4491,104232 113.935,4968

Total 1.246.855,2486

10

Asam sulfat 0,15218269 682,80325 103,9108

Air 3,119797 4491,104232 14.011,3334

Amoniak 0,14822594 129.925,7127 19.258,3609 Akrilonitril 0,013189 242.035,7521 3.192,2507

Amonium sulfat 21,9278149 9758 213.971,6175

Total 250.537,4733

Q out 1.497.392,7219

(32)

Panas Masuk

Q = 250.537,4733 kJ/jam

Tabel LB.18 Perhitungan Panas Masuk pada Washer (W-01) Alur Komponen N (kmol/jam) _∫303,15_{𝐶𝐶𝐶𝐶}_{𝑑𝑑𝑇𝑇}

11 Air 247,396724 374,7054825 92.700,9087

Q total = (250.537,4733 + 92.700,9087) kJ/jam = 343.238,3820kJ/jam

Air pendingin (air pencuci) yang digunakan adalah air yang masuk pada suhu 303,15 Air pendingin yang ditambahkan sebesar 4453,1410 kg/jam

:

𝑚𝑚= 𝑄𝑄

H(323,15 K)− H(303,15 K)

4453,1410 =92700,9087 kJ/jam

ג kJ/kg

ג = 20,81697137 kJ/kg

H (TR2R(K)) – H (303,15 K) = [ H (TR2R(K)) – H (298,15 K)] – [H (303,15 K) –

H (298,15 K) ]

= ∫323,15[Cp H₂O_(l)]

298,15 dT - ∫ [Cp H2O(l)] 303,15

298,15 dT

= [ H (TR2R(K) K) – 374,7054825 J/mol

Mis x = [ H (TR2R(K)) – 374,7054825

(x J/mol) x 1000mol/kmol /18 kg/kmol = 20816,97137 J/kg

x = 374,7054847 J/mol

maka, [ H (TR2R(K)) = 749,410967 J/mol

Dari iterasi diperoleh TR2R = 308,15 K = 35 P

0

P

(33)

Panas Keluar

Tabel LB.19 Perhitungan Panas Keluar pada Washer (W-01) Alur Komponen N (kmol/jam) _∫339,15_{𝐶𝐶𝐶𝐶}_{𝑑𝑑𝑇𝑇}

10 Amonium sulfat 21,9278149 6724 147.280,1206

Air 2,47396724 3087,739445 7.476,4595

Total 154.756,5801

Alur Komponen N (kmol/jam) _∫308,15_{𝐶𝐶𝐶𝐶}_{𝑑𝑑𝑇𝑇}

11

Asam sulfat 0,15218269 19,27135 2,9328

Amoniak 0,14822594 19549,03458 2.735,1673

Akrilonitril 0,013189 1546,85237 20,4013

Air 248,04255 749,410967 185.723,3005

Total 188481,8019

Q out = (154.756,5801 + 188.481,8019) kJ/jam = 343.238,3820kJ/jam

Tabel LB.20 Neraca Panas pada Washer (W-01)

Umpan 343238,3820

Produk 343238,3820

(34)

LB.2.6 Neraca Panas di Sekitar Rotary Dryer (R-01)

Panas Masuk

Q = 154.756,5801 kJ/jam

Panas Keluar

Tabel LB.21 Perhitungan Panas Keluar pada Rotary Dryer (RD-01) Alur Komponen N (kmol/jam) _∫373,15_{𝐶𝐶𝐶𝐶}_{𝑑𝑑𝑇𝑇}

298,15 (kJ/kmol)

Q(kJ/jam)

14a Amonium sulfat 0,10963907 12300 1.348,5606

Air 0,84118781 2539,2137 2.135,9556

14b Amonium sulfat 0,10963907 12300 1.348,5606

12a -12b Total 2.135,9556

15 Amonium sulfat 21,9278149 12300 269.712,1233

Air 1,63277943 2539,2137 4.145,9759

15 Total 273.858,0992

(35)

Neraca panas pada rotary dryer dapat dirumuskan sebagai berikut: Q = NH2

Pada suhu 100

O(g) ΔHvl + Q out + Q in

0_{C, tekanan 1,1 atm; ΔHvl = 2256,9 kJ/kg (Reklaitis, 1983)}

NH2

= 34.172,6257 kJ/jam

O(g) ΔHvl = 2256,9 kJ/kg × 15,1414 kg/jam

Q out = Q12 + Q13 + NH2

= 2135,9556 + 273.858,0992 + 34.172,6257 kJ/jam

O(g) ΔHvl

= 310.166,6805kJ/jam

Q = Qout – Qin

= 310.166,6805 - 154.756,5801 kJ/jam = 155.410,1004 kJ/jam

Maka untuk memenuhi kebutuhan panas ini digunakan udara panas

dengan temperatur masuk 100 oC (373,15 K), 1 atm dan keluar pada temperatur

85 oC (323,15 K), 1 atm. Udara pengering terdiri dari N2 dan O2 dengan

perbandingan mol 79 : 21 dimana Cp N2= 0,25 kal/gr. 0

C, Cp O2= 0,23 kal/gr. 0

Σ Xi.Cpi = (0,79 mol x 28 gr/mol) x 0,25 + (0,21 mol x 32gr/mol) x 0,23

C.

= 7,076 kal/gr.0

= 29,72 J/gr. C 0

C = 2,972 x 10-2 kJ/gr.0C

Udarapanasyang diperlukan adalah :

dT . Cp

Q

=

m

(

120-85

)

x 10 . 2,972

4 155410,100

2

-=

m

(36)

Tabel LB.22 Neraca Panas pada Rotary Dryer (RD-01)

Umpan 154.756,5801

Produk 310.166,6805

Udara panas 155.410,1004

Total 310.166,6805 310.166,6805

LB.2.7 Neraca Panas di Sekitar Heat Exchanger (HE-01)

Panas masuk heat exchanger = Panas keluar centrifuge = 1.246.855,2486 kJ/jam

Panas Keluar

Tabel LB.23 Neraca Panas Keluar pada Heat exchanger (HE-01) Alur Komponen N (kmol/jam) _∫333,15_{𝐶𝐶𝐶𝐶}_{𝑑𝑑𝑇𝑇}

298,15 (kJ/kmol)

Q(kJ/jam)

9b

Akrilamida 21,9278149 8.873,8774 194.584,7411

Air 25,36915 1.125,790609 28.560,3508

Amoniak 7,26307111 8.132,9304 59.070,0518

Akrilonitril 0,64626916 65.794,7792 42.521,1367

(37)

Panas yang harus dihilangkan adalah : Q = Qkeluar – Q

= (324.736,2804 – 1.246.855,2486) kJ/jam masuk

= - 922.118,9682 kJ/jam

H (323,15 K) – H (303,15 K) = [ H (323,15 K) – H (298,15 K)] – [H (303,15 K) –

H (298,15 K) ]

= ∫323,15[Cp H₂O_(l)]

298,15 dT - ∫ [Cp H2O(l)] 303,15

298,15 dT

= 1878,90978 – 374,7054825 J/mol

= 83,566905 kJ/kg

𝑚𝑚 = 𝑄𝑄

H(323,15 K)− H(303,15 K)

𝑚𝑚 =922118,9682 kJ/jam

83,566905 kJ/kg

m = 11.034,4995kg/jam

Tabel LB.24 Neraca Panas pada Heat exchanger (HE-01)

Umpan 1.246.855,2486

Produk 324.736,2804

Air pendingin - 922.118,9682

(38)

LB.2.8 Neraca Panas di Sekitar Crystalizer (CR-01)

Panas masuk Crystalizer = panas keluar heat exchanger = 324.736,2804 kJ/jam

Panas keluar

Tabel LB.25 Neraca Panas Keluar pada Cristalyzer (CR-01) Alur Komponen N (kmol/jam) _∫303,15_{𝐶𝐶𝐶𝐶}_{𝑑𝑑𝑇𝑇}

298,15 (kJ/kmol)

Q(kJ/jam)

14

Akrilamida 17,7834688 2530,05 44.993,0652

Air 17,7834688 374,7054825 6.663,5633

Amoniak 1,23472209 2290,2273 2.827,7942

Akrilonitril 0,34252266 -6,22824 -2,1333

Total 54.482,2894

Panas yang harus dihilangkan adalah : Q = Qkeluar – Q

= (54482,2894 - 324736,2804) kJ/jam masuk

(39)

H (323,15 K) – H (303,15 K) = [ H (323,15 K) – H (298,15 K)] – [H (303,15 K) –

H (298,15 K) ]

= ∫323,15[Cp H₂O_(l)]

298,15 dT - ∫ [Cp H2O(l)] 303,15

298,15 dT

= 1878,90978 – 374,7054825 J/mol

= 83,566905 kJ/kg

𝑚𝑚 = 𝑄𝑄

H(323,15 K)− H(303,15 K)

𝑚𝑚 =270253,9910 kJ/jam

83,566905 kJ/kg

m = 3233,9835kg/jam

Tabel LB.26 Neraca Panas pada Cristalyzer (CR-01)

Umpan 324.736,2804

Produk 54.482,2894

Air pendingin -270.253,9910

(40)

LB.2.9 Neraca Panas di Sekitar Rotary Dryer (RD-02)

Panas masuk Q = 54.482,2894 kJ/jam

Panas Keluar

Tabel LB.27 Perhitungan Panas Keluar pada Rotary Dryer (RD-02) Alur Komponen N (kmol/jam) _∫373,15_{𝐶𝐶𝐶𝐶}_{𝑑𝑑𝑇𝑇}

298,15 (kJ/kmol)

Q(kJ/jam)

18a Akrilamida 0,08891734 12650,25 1.124,8266

Air 16,9041751 2539,2137 42.923,3129

18b Akrilamida 0,08891734 12650,25 1.124,8266

16a -16b Total 42.923,3129

19

Akrilamida 17,7834688 12650,25 224.965,3262

Air 0,87929374 2539,2137 2.232,7147

Amoniak 1,23472209 207570,046 256.291,3210

Akrilonitril 0,34252266 389840,495 133.529,2033

19 Total 617.018,5652

(41)

Neraca panas pada rotary dryer dapat dirumuskan sebagai berikut: Q = NH2

Pada suhu 100

O(g) ΔHvl + Q out + Q in

O_{C, tekanan 1,1 atm; ΔHvl = 2256,9 kJ/kg (Reklaitis, 1983)}

NH2

= 686.718,6989kJ/jam

O(g) ΔHvl = 2256,9 kJ/kg × 304,2752 kg/jam

Q out = Q16 + Q17 + NH2

= 42.923,3129 + 617.018,5652 + 686.718,6989Kj/jam

O(g) ΔHvl

= 1.346.660,5770kJ/jam

Q = Qout – Qin

= 1.346.660,5770- 54.482,2894 kJ/jam = 1.292.178,2876kJ/jam

Maka untuk memenuhi kebutuhan panas ini digunakan udara panas

dengan temperatur masuk 100 oC (373,15 K), 1 atm dan keluar pada temperatur

85 oC (323,15 K), 1 atm. Udara pengering terdiri dari N2 dan O2 dengan

perbandingan mol 79 : 21 dimana Cp N2= 0,25 kal/gr. 0

C, Cp O2= 0,23 kal/gr. 0

Σ Xi.Cpi = (0,79 mol x 28 gr/mol) x 0,25 + (0,21 mol x 32gr/mol) x 0,23

C.

= 7,076 kal/gr.0

= 29,72 J/gr. C 0

C = 2,972 x 10-2 kJ/gr.0C

Udarapanasyang diperlukan adalah :

dT . Cp

Q

=

m

(

120-85

)

x 10 . 2,972

76 1292178,28

2

-=

m

(42)

Tabel LB.28 Neraca Panas pada Rotary Dryer (RD-02)

Umpan 54.482,2894

Produk 1.346.660,5770

Udara panas 1.292.178,2876

Total 1.346.660,5770 1.346.660,5770

LB.2.10 Neraca Panas di Sekitar Air Heater (AH-01)

Panas masuk

Udara pengering digunakan untuk rotary dryer 1 (RD-01) dan rotary dryer 2 (RD-02). Dari perhitungan sebelumnya, banyaknya panas yang dibutuhkan sebagai berikut:

RD-01 = 1155410,1004 kJ/jam RD-02 = 1292178,2876 kJ/jam TOTAL = 1447588,3880kJ/jam

Maka untuk memenuhi kebutuhan panas ini digunakan steam, Data steam yang digunakan:

T masuk = 373,15 K ; tekanan 1 atm

Dimana steam yang digunakan saturated steam dengan temperatur 373,15 K Hl = 763,22 kJ/kg

Hv = 2778,2 kJ/kg

Kondensat

t = 85 0C Udara keluar

t = 120 oC Udara masuk t = 30 oC

(43)

λ steam = Hv – Hl

= (2778,2 - 763,22) kJ/kg

= 2014,98 kJ/kg

Steam yang diperlukan adalah :

𝑚𝑚 = 𝑄𝑄

λ pada 373,15 K

(44)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

LC.1 Tangki Penyimpanan

Ada 3 buah tangki yang digunakan dalam pabrik akrilamida, yaitu : 4. T-01 : Menyimpan akrilonitril untuk kebutuhan 15 hari

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 Grade C

5. T-02 : Menyimpan asam sulfat untuk kebutuhan 15 hari Bahan konstruksi : Alloy 20 CB 3

6. T-03 : Menyimpan amoniak untuk kebutuhan 15 hari Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 Grade C

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Jenis sambungan : Single welded butt joints

Jumlah : 1 unit

*) Perhitungan untuk T-01 Kondisi operasi :

Tekanan = 101,0325 kPa Temperatur = 30 °C = 303,15 °K Laju alir massa = 1357,8590 kg/jam

ρ campuran = 699,727 kg/m

T -0 1 T -0 1

3

(45)

(46)

Pdesign

Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell, maka tebal shell standar yang digunakan = 2 in (Brownell,1959)

Untuk tangki asam sulfat dengan bahan kontruksi alloy 20 CB 3 faktor korosi = 0,0042 in/tahun. Analog perhitungan dapat dilihat pada T-01, sehingga diperoleh :

Tabel LC.1 Spesifikasi Tangki Penyimpanan

Tangki

Ada 9 buah pompa yang digunakan dalam pabrik akrilamida, yaitu : 1. P-01 : memompa fluida dari T-01 menuju R-02

(47)

6. P-06 : memompa fluida dari T-03 menuju R-04 7. P-07 : memompa fluida dari R-04 menuju CF-01 8. P-08 : memompa fluida dari CF-01 menuju HE-01 9. P-09 : memompa fluida dari CR-01 menuju R-04 Jenis : Pompa sentrifugal

Jumlah : 1 unit

SP-01

P-01

T-01

*) Perhitungan untuk P-101 Kondisi operasi :

T = 300

Laju alir massa (F) = 1357,8590 kg/jam = 0,8315378 lbm/s C

Densitas campuran (ρ) = 699,727 kg/m3 = 43,6824 lbm/ft Viskositas (µ) campuran = 0,30896 cP = 2,076 x10

3

-4

Laju alir volumetrik (Q) =

lbm/ft.s

3

/ 43,6824

/ 0,8315378

ft lbm

s lbm

= 0,01903 ft3

Desainpompa:

/s

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 = 3,9 (0,01903 ft

(Timmerhaus,1991) 3

/s )0,45 ( 43,6824 lbm/ft3) = 1,07 in

0,13

Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1983, dipilih pipa commercial steel :

Ukuran nominal : 114 in

Schedule number : 40

Diameter Dalam (ID) : 1,38in = 0,1149988 ft Diameter Luar (OD) : 1,66 in = 0,1383319 ft Inside sectional area : 0,0104 ft

Kecepatan linear, v = Q/A =

2

2 3

0,0104 / 0,01903

ft s ft

(48)

Bilangan Reynold : NRe

Friction loss :

1 Sharp edge entrance= hc

= 0,0781 ft.lbf/lbm

1 check valve = hf

= 0,1041 ft.lbf/lbm

(49)

(

)

(

)

0

Maka digunakan daya standar = 1/4 hp

Analog perhitungan dapat dilihat pada P-01, sehingga diperoleh : Tabel LC.2 Spesifikasi Pompa Proses

(50)

LC.3 Mixture Tank (MT-01)

Fungsi : tempat mengencerkan asam sulfat pekat

Jenis : tangki berpengaduk dengan six flate blade turbine Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : cabon steel SA-285 Grade C

Jumlah : 1 unit

Perhitungan untuk MT-01: Kondisi operasi :

Kebutuhan Perancangan = 1/2 jam 3

Faktor kelonggaran = 20 %

Umur alat = 10 tahun

Perhitungan

a. Volume tangki

Volume larutan,Vl 0,5jam

kg/m 1683,21

kg/jam 2942,1987

3 x

= = 0,8739 m

Volume tangki, V

3

t = (1 + 0,2) x 0,8739 m3 = 1,0488 m3

b. Diameter dan tinggi shell Direncanakan :

• Tinggi shell : diameter (Hs

• Tinggi head : diameter (H

: D = 5 : 4)

h - Volume shell tangki ( V

: D = 1 : 4)

s

V

)

s π

4 1

= Di2

V

H

s 3

16 5

D

π

=

- Volume 2 tutup tangki (Vh

V

)

(51)

- Volume tangki (V)

(52)

- Perencanaan sistem pengaduk

Jenis pengaduk : turbin daun enam datar (six flate blade turbine) Jumlah baffle : 4 buah

Untuk turbin standart (Mc Cabe, 1993), diperoleh:

Da/Dt = 1/4 ; Da = 1/4 x 3,09974 ft = 0,7749ft E/Da = 1 ; E = 0,7749ft

L/Da = 1/4 ; L = 1/4 x 0,7749 = 0,1937 ft W/Da = 1/5 ; W = 1/5 x 0,7749ft = 0,1550 ft J/Dt = 1/12 ; J = 1/12 x 3,09974 ft = 0,2583 ft

Dt = diameter tangki Da = diameter impeller

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

Menentukan power motor yang dibutuhkan : Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Bilangan Reynold,

NRe

µ ) ( N Da 2

ρ

=

NRe

0,0043746 ) 0,7749 (

1

1683,21x 2

=

= 18614,10144

NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus : dari figure 4,4-4 (Geankoplis, 2003), untuk pengaduk jenis flat six blade open tubine dengan 4 baffle, diperoleh Np = 2,75. Harga τT diambil dari tabel 9.2 Mc Cabe, 1994

diperoleh harga τT = 6,3, gc = 32,174 ft/det Maka,

2

P = τT x N3 x Da5x ρ/ gc

(53)

= 5,7501 ft.lbf/det x

550

1hp

= 0,01045 hp

Daya motor (Pm) = P/ 0,8 = 0,01045/ 0,8 = 0,013hp

LC.4 Reaktor (R-01)

Fungsi : tempat mereaksikan akrilonitril dan asam sulfat Jenis : Continuous stirred Tank Reactor (CSTR)

Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : cabon steel SA-285 Grade C

Jumlah : 1 unit

Perhitungan untuk R-01: Kondisi operasi :

Faktor kelonggaran = 20 %

3

Umur alat = 10 tahun

Perhitungan

a. Menghitung laju alir volumetrik (Fv)

Fv = massa total ρ campuran

Fv_A =1357,8590 kg/jam

699,727 kg/m3 = 1,9405543 m 3_/jam

FvA

Fv

= 1940,5543 liter/jam

FvB =

2942,1987 kg/jam

1683,21049 kg/m3 = 1,7479684 m 3_/jam

(54)

b. Menghitung konsentrasi awal (C0

CA₀ = FA0 FvA

= 25,3638 kmol

1940,5543 liter/jam= 0,01307 kmol. jam/liter )

CB0 = FB0 FvB

= 34,86017 kmol

1940,5543 liter/jam= 0,01307 kmol. jam/liter

c. Menghitung kecepatan reaksi (-rA A + B Produk

)

-rA = -rB = k. CA. C Jika M = 1, maka

B

-rA = k. CA. CB = k. CA Jika M > 1, maka

2

-rA = k. CA

M =CB0 CA0

= 0,019943 kmol. jam/liter

0,01307 kmol. jam/liter = 1,5258

CA = CA0 (1 - xA

= 0,01307 kmol.jam/liter (1-0,9) )

= 0,001307 kmol.jam/liter

k = ln�CA0

CA�= ln�

0,01307

0,001307�= 2,302585 -rA

= 0,00301 kmol.jam/liter = 2,302585 (0,001307)

d. Menghitung volume reaktor (V)

V = FA0. xA k. CA0(1−xA)

= 25,3638 (0,9)

2,302585 (0,01307)(1−0,9) V = 7585,174 liter

V = 7,5852 m

Faktor kelonggaran 20% 3

V = 1,2 x 7,5852 m V = 9,1022 m

3

(55)

e. Menghitung volume cairan (V0

f. Menghitung waktu tinggal dalam reaktor (τ)

τ= V V₀ =

9,1022 m3

4,0165 m3_/jam= 2,2662 jam Reaktor disusun secara seri dimana V1 = V

Space time(τ) dalam semua reaktor untuk ukuran volume (V

2

i Untuk sistem keseluruhan :

) sama

τN= Nτi = 2 (2,2662) jam = 4,5324 jam

(56)

c. Diameter dan tinggi tutup

Tutup atas reaktor terbuat dari bahan yang sama dengan shell, maka tebal shell standar yang digunakan = 1 1/2 in (Brownell,1959)

- Perencanaan sistem pengaduk

Jenis pengaduk : turbin daun enam datar (six flate blade turbine) Jumlah baffle : 4 buah

Untuk turbin standart (Mc Cabe, 1993), diperoleh:

(57)

E/Da = 1 ; E = 1,5925ft

L/Da = 1/4 ; L = 1/4 x 1,5925 = 0,3981 ft W/Da = 1/5 ; W = 1/5 x 1,5925ft = 0,3185 ft J/Dt = 1/12 ; J = 1/12 x 6,3701 ft = 0,5308 ft

Dt = diameter reaktor Da = diameter impeller

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

Menentukan power motor yang dibutuhkan : Kecepatan pengadukan, N = 1 putaran/det Bilangan Reynold,

NRe

µ ) (

N 2

Da

ρ

=

NRe

0,0043746 ) 1,5925 ( 1

1070,59x 2

=

= 125084,1732

NRe > 10.000, maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus : dari figure 4,4-4 (Geankoplis, 2003), untuk pengaduk jenis flat six blade open tubine dengan 4 baffle, diperoleh Np = 2,75. Harga τT diambil dari tabel 9.2 Mc Cabe, 1994

diperoleh harga τT = 6,3, gc = 32,174 ft/det Maka,

2

P = τT x N3 x Da5x ρ/ gc

P = 6,3 x 13 x 1,59255

=134,0501 ft.lbf/det x

x 1070,59/32,174

550

1hp

= 0,2437 hp

(58)

= 0,3046 hp

Reaktor mixed flow dirancang dengan ukuran yang sama. Perbedaan densitas kecil

sehingga dapat diabaikan (є = 0).

Analog perhitungan dapat dilihat pada R-01, sehingga diperoleh : Tabel LC.3 Spesifikasi Reaktor

Reaktor

Tabel LC.4 Spesifikasi Pengaduk

Reaktor

Reaktor menggunakan jaket pendingin. Menghitung Jaket Pendingin (R-02) Jumlah air pendingin (30o

densitas air pendingin = 995,68 kg/m

C) = 37070,5656 kg/jam (Lampiran B) 3_{= 62,16 lbf/ft}

= 37,2314 m

3

laju air pendingin (Qw) =37070,5656 kg/jam

995,68 kg/m3

3_{/jam = 0,0103 m}3_/s

Ditetapkan jarak jaket = 5 in

Diameter dalam jaket (D1) = diameter dalam + (2 x tebal dinding) + (2 x jarak jaket)

= 77,9169 in + [2 (1,375 in) + (2 x 5 in)]

(59)

Tebal dinding jaket

Bahan : Carbon Steel Plate SA-285 grade C H jaket = 6,4931 ft Tebal dindingjaket:

in

Luas yang dilalui air pendingin (A) A = 𝜋𝜋

Kecepatan air pendingin (v)

V = Qw A =

37,2314 m3/jam

0,2475 m2 = 150,4288 m/jam = 0,0418 m/s

Tabel LC.5 Spesifikasi Jaket Pendingin

(60)

LC.4 Centrifuge (CF-01)

Fungsi : memisahkan akrilamid sulfat menjadi akrilamida dan ammonium sulfat Bahan : cabon steel SA-285 Grade C

Jenis : Knife-discharge bowl centrifuge Jumlah : 1unit

Kondisi Operasi: Tekanan : 1 atm Temperatur :357,5 K

Laju alir = 5140,0047kg/jam Densitas = 884,8065kg/m3

Laju alir volume campuran = 5,809m3

Desain centrifuge untuk laju > 4,9 ton/jam, rancangannya sebagai berikut (Perry & Green, 1999) :

/jam = 25,578galon/menit

Jenis : Knife-discharge bowl centrifuge Diameter bowl : 68 in = 1,73 m

R : 0,86 m N : 900 rev/min

ω : 94,2 rad/s = 5652 rpm

Kecepatan partikel : R x ω = 0,86 m x 94,2 rad/s = 81,35 m/s

Gaya centrifuge

mt =

Fc

0,0109xrxN2 (Geankoplis, 1997)

dimana:

Fc = Gaya sentrifugal (N) N = kecepatan sudut r = jari-jari bowl

Fc = mt x 0,0109 x r x N

Fc = 5140,0047kg/jam x 1 jam/3600 s x 0,0109 x 0,86 m x (900 rev/min : 1 min/60 s) 2

= 3,0114 N

(61)

Daya yang dibutuhkan (P) P = 5,984 x 10-10

Dimana ; P = Daya (Hp)

x Sg x Q x (w.rp)2 ...( Perry & Green, 1999)

Q = Laju alir volume campuran = 5,809m3/jam = 25,578galon/menit

Sg = Spesifik gravity umpan

Sg =

884,8065 kg/m3

968,91 kg/m3 = 0,9132

ω = kecepatan angular = 5652 rpm

rp = radius centrifuge = 0,86 m

sehingga : P = 5,984 x 10-10 = 0,3302 Hp

x 0,9132 x 25,578[ (5652)(0,86)]2

Jika efesiensi 80%, maka P = 0,4128 Hp

LC.5 Belt Conveyer (BLC-01)

Fungsi : alat untuk mengangkut cake ammonium sulfat menuju washer

Tipe : flat belt

Bahan Konstruksi : karet Kondisi operasi:

Laju alir = 2968,761 kg/jam Faktor keamanan = 20%

a. kapasitas belt conveyer (T)

T = (1+0,2)x 2968,761 kg/jam = 3562,5128kg/jam = 3,5625128ton/jam

b. spesifikasi belt conveyer Dari Perry (1997) diperoleh:

- Lebar (L1

- Kecepatan belt conveyer, v = 200 rpm

) = 14 in

(62)

- w = 0,5 lb/in

- Lo = 100

- ΔZ = 16,9 ft

c. Daya (Power) Belt Conveyer

P = {[0,03(L+Lo)(T+(0,03)(w)(w.v))]+(T.ΔZ)}/490

= {[0,03(32,808+100)(3,5625128+(0,03)(0,5)(0,5x200))]+(3,5625128x16,9)}/490 = 0,1640Hp

Total daya = 2 Hp + 0,1640Hp = 2,1640 Hp

Analog perhitungan dapat dilihat pada BLC-01, sehingga diperoleh : Tabel LC.6 Spesifikasi Belt Conveyer

Tangki

Kapasitas conveyer (ton/jam)

Daya conveyer

(Hp)

Total Daya

(Hp)

Jumlah (unit) (BLC – 01) 3,5625 0,1640 2,1640 1

(BLC – 02) 3,5086 0,1617 2,1617 1 (BLC – 03) 1,5360 0,0777 2,0777 1

LC.6 Elevator (E-01)

Fungsi : mengangkut urea dari gudang bahan baku ke silo Jenis : bucket elevator

Bahan Konstruksi : malleable cast iron

Jumlah : 1 unit

Laju padatan = 2968,7607 kg/jam = 2,9688ton/jam Faktor kelonggaran = 20%

Kapasitas total padatan urea = (1+0,2) x 2968,7607 kg/jam = 3562,513 kg/jam

= 0,9896 kg/s

Spesifikasi: (Tabel 21-9, Perry, 1999)

(63)

Kecepatan putaran = 28 rpm

Perhitungan daya: P = 0,07m0,63

Dimana: P = daya (kW)

ΔZ (Timmerhaus,2003)

m = laju alir massa (kg/s)

ΔZ = tinggi elevator (m)

m = 4,763 kg/s

ΔZ = 25 ft = 7,62 m

Maka P = 0,07m0,63 = 0,07(0,9896

ΔZ 0,63

= 0,7106Hp

)( 7,62 m) = 0,5299kW

LC.7 Washer (W-01)

Fungsi : untuk mencuci ammonium sulfat dari zat-zat yang terikut

Jenis : Continuous Rotary Drum Vacuum Filter

Jumlah : 1 unit

Bahan kontruksi : stainless Steel

Kondisi operasi

- Tekanan = 1 atm

- Berat filtrat yang keluar = 4482,8987 kg/jam = 9882,934lbm/jam

- Berat cake yang dihasilkan dari filter (Wc) = 2939,003 kg/jam = 6479,283lbm/jam - Densitas cake = 1707,54kg/m3 = 106,598lbm/ft3

- Densitas filtrat = 995,3249kg/m3 = 62,13596lbm/ft3 - Viskositas filtrat = 0,000686 Pa.s

- Volume filtrat = 4482,8987 /995,3249 = 4,503955 m3/jam - Massa dry cake = 2894,47 kg/jam

- Konsentrasi padatan masuk filter (Cs) = 642,6511 kg/m3 slurry - Penurunan tekanan = 67 kPa (Geankoplis, 1997)

(64)

1/2

Perhitungan:

Menghitung Luas Filter

V A. tc= �

2. f.∆P tc.μ.α. Cs�

(Geankoplis, 1997)

𝑚𝑚 =massa 𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑤𝑤 massa 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑤𝑤 =

2939,003

2894,47 = 1,0154

Cx =

massa 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑤𝑤 massa 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 =

2894,47 kg/jam

(4482,8987 + 2939,003)kg/jam= 0,39

Cs =

ρ. C_x 1−m. C_x =

995,3249. 0,39

1−1,0154 .0,39= 642,6511 kg padatan/m

3_filtrat

V

tc= 0,778 x � Cx Cs�

= 0,778 x 0,39

642,6511 = 4,72 x 10

−4_m3_/s

α0 = 4,37 x 109 x∆P0,3 = 4,37 x 109 x (67 x 1000)0,3 = 1,225 x 1011m/kg

0,000472 A = �

2 x 0,3 x 67 x 1000

300 x 0,000686 x 1,225 x 1011_{x 642,65}�

A = 436,1978 m3

Menghitung Diameter Filter

A = πDH

H = 2D

A = πD 2D

D = �436,1978

2 x 3,14 = 8,334 m

R =D 2 =

8,334

(65)

H = 16,668 m

Menghitung waktu tinggal (t) t = f x tc (Geankoplis, 1997) t = 0,3 x 300 = 90 s

Menghitung kecepatan putar

N = f tc

(Chopey, 2004)

dimana:

N = kecepatan putaran minimum

f = Bagian filter yang tercelup

tc = waktu filtrasi

Sehingga:

N =0,3

5 = 0,06 putaran/menit

LC.8 Rotary Dryer (RD-01)

Fungsi : untuk mengeringan produk akhir

Jumlah : 1 buah

Jenis : rotary dryer Kondisi Operasi:

Temperatur steam masuk (TG1) = 1200C = 2480 temperatur steam keluar (T

F

G2) = 850C = 1850 Temperatur produk masuk, t

F

s1 = 660C = 150,80

Temperatur produk keluar, t

F

s2 = 1000C = 2120 a. Mengitung Wet Bulb Temperatur, tw

F

Nt = 1,5

Nt = ln 𝑇𝑇𝐺𝐺1−𝑤𝑤𝑤𝑤 𝑇𝑇_𝐺𝐺2−𝑤𝑤𝑤𝑤

1,5 = ln 120−𝑤𝑤𝑤𝑤

85−𝑤𝑤𝑤𝑤

(66)

= 329,3739lb/jam Panas udara masuk dryer = 37119,0648 kkal/jam Massa velocity yang diijinkan 0,5-5 kg/m2

b. Menghitung Diameter Dryer

.s

D2 = _𝜋𝜋𝐺𝐺𝑆𝑆

4

� .𝐺𝐺 dimana; Gs = massa sudara, G = diambil 1 kg/m

2

.s = 738 lb/ft2

= _3,14329,3739

4

� .738 = 0,1421 ft

.s

D = 0,3770ft = 0,1149m 2

c. Menghitung Koefisien Perpindahan Kalor, hy hy = 0,0128 x G

= 0,0128 x (738) 0,8

= 2,5215 Btu/ft 0,8

2

d. Log Mean Temperature Different, ΔT .jam.F

ΔT

LMTD

LMTD = [(TG1-ts2)-(TG2-ts1)]/ln[(TG1-ts2)-(TG2-ts1 = [(120-100)-(85-66)]/ln[(85-100)-(85-66)]

)]

= 19,496 0

e. Menghitung Panjang Rotary Dryer, L C

L = Q/[(0,4)G^0,67.D.ΔT LMTD

=

37119 ,0648 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑠𝑠

𝑗𝑗𝑐𝑐𝑚𝑚 𝑥𝑥3,968𝐵𝐵𝑤𝑤𝑠𝑠/𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑠𝑠

(0,4)(7380,67)𝑥𝑥(0,3770 )𝑥𝑥(19,496)

= 600,0949ft f. Menentukan Time Off Passage, θ

θ = [0,23 L/(SN0.9 dimana:

.D)]+0,6.BLG/F

L = panjang dryer = 600,0949ft S = slope, Ft/ft

N = speed, r/min

D = diameter dryer = 0,3770ft G = kecepatan udara = 738 lb/ft2

F = umpan yang masuk ke dryer = 2939,003 kg/jam .jam

(67)

= 3,07005

Nilai slope (S) dari Perry (1997), daya yang diijinkan 0 cm/m - 8cm/m diambil 0,5 cm/m = 0.0192 Ft/ft

N yang diijinkan dari Perry (1997) adalah 0,25 - 0,5 rad/s Jadi:

θ=[0,23x600,0949/(0.0192x(0,5)0.9 = 1578,255detik

x10,96)]+0,6x3,07005x600,0949 x738/6479,283

g. Power Dryer, Hp

Dari Perry (1997) daya yang diijinkan: 0,5D - 1D Diambil Hp = 1xD = 0,37700Hp

h. Penentuan Jumlah Flight

Dari Perry (1997) range yang diijinkan: 0,6D - 2D Diambil 2D = 2x 0,3770= 0,754018flight = 1 flight

Analog perhitungan dapat dilihat pada RD-01, sehingga diperoleh : Tabel LC.7 Rotary Dryer

Rotary

Dryer

Diameter dryer

(ft)

Panjang dryer

(ft)

Time off

passage

(s)

Power dryer

(Hp)

Jumlah

flight Jumlah (unit) (RD – 01) 0,3770 600,0949 1578,255 0,37700 1 1 (RD – 02) 1,0871 208,1125 1526,495 1,0871 3 1

LC.9 Cyclon (CL-101)

Fungsi : Memisahkan udara dari ammonium sulfat yang terikut bersama udara Bahan konstruksi : Stainless steel

Jumlah : 1 buah

Untuk ukuran standar (Fig 17-36 Perry’s, 1999) Spesifikasi :

(68)

Jc = 0,75 ft

LC.10 Heat Exchanger (HE-01)

Fungsi : Mendinginkan akrilamida sebelum masuk ke cristallyzer. Bahan : Stainless Steel type-302

Jenis : Shell and tube

a. Menentukan Dimensi Pendingin

Dari neraca panas didapat data-data sebagai berikut :

Beban Panas (Q) = 922118,9682 kj/jam

= 873996,7094Btu/jam Jumlah aliran produk = 2013,519557 kg/jam

= 4438,976097lb/jam Jumlah kebutuhan air pendingin = 11034,4995kg/jam

= 24326,49802lb/jam

a. Menghitung ΔT

Hot Fluid : produk LMTD

Th in = 84,5 0C = 184,10 Th out = 40

F 0

C = 104 0 Cold Fluid : air pendingin (cooling water)

F

Tc in = 300C = 86 0

Tc out = 50

F 0

C = 1220F

Hot Fluid (F) Cold Fluid (F) Selisih

184,1 Suhu tinggi 122 62,1

104 Suhu rendah 86 18

80,1 Selisih 36 44,1

ΔTLMTD =

𝛥𝛥𝑇𝑇1−𝛥𝛥𝑇𝑇2

𝑠𝑠𝑙𝑙 �𝛥𝛥𝑇𝑇_{𝛥𝛥𝑇𝑇}1₂� =

44,1

𝑠𝑠𝑙𝑙�62,1₁₈ � = 35,61 0

R = (T1-T2)/(t2-t1)

F

= 80,1

36 = 2,225

(69)

= 104−86

184,1−86

= 0,1835

FT = 0,9 ( Kern, fig 18: 828 )

b. Menentukan U

Fluida panas berupa light organic, U D

D Asumsi: harga U

= 75 – 150 ( Kern tabel 8 : 840 )

D = 75 Btu/jamft2 0

A= 𝑄𝑄

𝑈𝑈_𝐷𝐷𝛥𝛥𝑇𝑇_{𝐿𝐿𝐿𝐿𝑇𝑇𝐷𝐷} =

873996 ,7094

75𝑥𝑥35,61 = 327,2366ft

F

Karena luas permukaan > 200 ft

2

OD : 11

4 in = 1,25 in

maka dipilih pendingin jenis shell and tube dengan spesifikasi sbb. :

BW = 16

ID = 1,12 in

Flow area/tube (a’t) = 0,985 in Surface/lin ft (a”t) = 0,3271 ft

2

Panjang (L) = 10 ft ( Kern, tabel 10 : 843)

Jumlah Tube (Nt) = 𝐴𝐴 𝐿𝐿𝑥𝑥𝑐𝑐′′𝑤𝑤 =

327,2366 𝑓𝑓𝑤𝑤2 10𝑓𝑓𝑤𝑤𝑥𝑥0,3271𝑓𝑓𝑤𝑤2

= 100,0417

Dari jumlah tube, diambil pendekatan pada table 9 Kern untuk menentukan spesifikasi shell :

Pitch : 1.9/16 in = 1,5625 in ; Triangular Pitch

ID shell = 37 in

Σ pass = 2

Koreksi U

A = 327,2366 ft D

2

U

D

=75 Btu/jam.ft

= 𝑄𝑄

𝐴𝐴𝑥𝑥𝛥𝛥𝑇𝑇𝐿𝐿𝐿𝐿𝑇𝑇𝐷𝐷 =

873996 ,7094 327,2366𝑥𝑥35,61

2

(70)

Menentukan letak fluida

Laju alir fluida dingin (air) = 24326,49802lb/jam Laju alir fluida panas = 4438,976097lb/jam

Karena laju alir pendingin lebih besar daripada laju alir fluida panas maka pendingin berada pada tube.

1) Fluida panas (shell) • Flow Area

Asumsi : Baffle spacing max = ID

C’ = PT-OD = 1,5625 in – 1,25 in = 0,3125 in

as = ID x

�

𝐶𝐶’𝐵𝐵

144𝑃𝑃𝑇𝑇

�

= 37 x

�

0,3125𝑥𝑥37 144𝑥𝑥1,5625

�

= 1,90139 ft2

• Mass Velocity

Gs = 𝑊𝑊 𝑐𝑐 =

4438 ,976097

1,90139 = 2334,5966 lb/hr.ft

• Menentukan Bilangan Reynold

2

Pada T = 184,1 0

Viscosity (µ) Campuran = 0,12345 cP F

= 0,2986lb/ft.jam

De = 0,91 ft (fig.28 Kern)

Res = 𝐷𝐷𝑤𝑤𝑥𝑥𝐺𝐺𝑠𝑠

𝜇𝜇 =

0,91𝑥𝑥2334 ,5966

0,2986 = 7113,9094

jH = 44 (fig.28 Kern)

Pada T = 184,1 0

k campuran = 0,08875Btu/hr.ft F

2

c campuran = 0,27 Btu/lb.

0

�

𝑐𝑐_𝑐𝑐.𝜇𝜇

�

P 1/3

F ( fig.3 ; Kern )

=

�

0,27𝑥𝑥0,2986

0,08875

�

P 1/3

Ho = jH x 𝑐𝑐

𝐷𝐷𝑤𝑤 x

�

𝑐𝑐.𝜇𝜇

𝑐𝑐

�

P 1/3

= 0,9685

= 44 x 0,08875

(71)

= 4,1562

2) Fluida dingin, cooling water (tube) • Flow Area

at = 0,985 in2

at = Nt x 𝑐𝑐𝑤𝑤

144𝑙𝑙

(Tabel 10 Kern)

= 100,0417 x 0,985

144𝑥𝑥2

= 0,34216ft • Mass Velocity

2

Gt = 𝑊𝑊 𝑐𝑐𝑤𝑤 =

2334 ,5966 1,169

= 71097,54lb/hr.ft2

• Menentukan Bilangan Reynold

Pada t = 122 0

µ cooling water = 0,5494 cP F

= 1,3290 lb/ft.jam

De = 1,12

12 = 0,0933

Ret = 𝐷𝐷𝑤𝑤𝑥𝑥𝐺𝐺𝑤𝑤

𝜇𝜇 =

0,0933𝑥𝑥71097,54 1,3290

= 4992,854

jH = 36

Pada t = 1220

k = 0,3685 Btu/hr.ft F

2

c = 1 Btu/lb

(tabel 4;Kern)

0

�

𝑐𝑐_𝑐𝑐.𝜇𝜇

�

P 1/3

F ( fig.2 ; Kern )

= 1,533 =

�

1𝑥𝑥0,5494

0,3685

�

P 1/3

θs = 1

hi = jH x 𝑐𝑐 𝐷𝐷_𝑤𝑤 x

�

𝑐𝑐.𝜇𝜇

𝑐𝑐

�

P 1/3

0,3685

(72)

= 217,9741

hio = hi x 𝐼𝐼𝐷𝐷

𝑂𝑂𝐷𝐷

= 217,9741x 1,12

1,25

= 195,3048Btu/hr.ft2.0F

c. Clean Overall Coefficient ; Uc

Uc = ℎ𝑖𝑖𝑖𝑖𝑥𝑥ℎ𝑖𝑖 ℎ_{𝑖𝑖𝑖𝑖}+ℎ_𝑖𝑖

= 195,3048𝑥𝑥4,1562

195,304+4,1562

= 115,9412Btu/hr.ft2.0F

d. Design Overall Coefficient, Ud

UD

=75 Btu/jam.ft

= 𝑄𝑄

𝐴𝐴𝑥𝑥𝛥𝛥𝑇𝑇𝐿𝐿𝐿𝐿𝑇𝑇𝐷𝐷 =

873996 ,7094 327,2366𝑥𝑥35,61

2 . 0F

e. Dirt Factor, Rd Rd = (1/Uc)-(1/Ud)

= (1/4,0696) – (1/75) = 0,23

f. Menghitung Pressure Drop 1) Fluida panas

Re = 7113,9094

f = 0,0035+

�

0.264 𝐷𝐷𝐺𝐺/𝜇𝜇

�

P

0,42

= 0,0035+

�

0.264

7113 ,9094

�

P 0,42

= 0,00986

Jumlah Cross= N+1 = 12 L/B

= 12 x 10/37

(73)

Ds = 1D/12

= 37/12 = 3,083

θs = 1

Pada T = 184,1 0

S campuran = 0,74558 F

ΔPs = 𝑓𝑓.𝐺𝐺

2_._𝐷𝐷_.(_𝑁𝑁₊₁₎

5,22𝑥𝑥1010.𝐷𝐷.𝑆𝑆.𝜃𝜃𝑠𝑠

ΔPs = 0,00986𝑥𝑥2334 ,5966

2_𝑥𝑥_3,0833_𝑥𝑥_3,243

5,22𝑥𝑥1010𝑥𝑥0,91𝑥𝑥074558𝑥𝑥1

= 4,48006E-06 psi

2) Fluida dingin, cooling water (tube) Re = 4992,854

f = 0,0035+

�

0,264 𝐷𝐷𝐺𝐺/𝜇𝜇

�

P

0,42

= 0,0035+

�

0,264

4992,85

�

P 0,42

= 0,010884 s = 1

ΔPt = 𝑓𝑓𝑤𝑤𝑥𝑥 𝐺𝐺𝑤𝑤

2_{𝑥𝑥𝐿𝐿𝑥𝑥𝑙𝑙}

5,22𝑥𝑥1010𝑥𝑥𝐷𝐷𝑠𝑠𝑥𝑥𝑥𝑥1

= 0,010884𝑥𝑥71097 ,54

2_𝑥𝑥₁₀_𝑥𝑥₂

5,22𝑥𝑥1010𝑥𝑥0,0933𝑥𝑥1 = 0,226 psi

Gt = 71097,54lb/hr.ft

ΔPr = (4n/s) (V2/2g’) 2

(V2

ΔPr = (4x2/1) (0,002)

/2g)= 0,002 (fig.27 Kern)

= 0,016 psi

ΔPT = ΔPt + ΔPr